(57)【要約】内燃機関は、気体ばねを含み、燃焼室の圧力が制御圧力に到達したときに、気体ばねが縮むことにより燃焼室の容積または燃焼室に連通する空間の容積が変化する容積可変装置と、気体ばねから燃焼室に気体が漏れたことを検出する漏れ検出装置と、気体の漏れにより生じる運転状態への影響を補正する補正制御を行う補正制御装置とを備える。漏れ検出装置により気体ばねから燃焼室への気体の漏れを検出した場合に補正制御を行う。
2012032672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体が圧縮されることにより弾性を有する気体ばねを含み、燃焼室の圧力が予め定められた制御圧力に到達したときに、燃焼室の圧力変化を駆動源として気体ばねが縮むことにより燃焼室の容積または燃焼室に連通する空間の容積が変化する容積可変装置と、
気体ばねから燃焼室に気体が漏れたことを検出する漏れ検出装置と、
気体の漏れにより生じる運転状態への影響を補正する補正制御を行う補正制御装置とを備え、
漏れ検出装置により気体ばねから燃焼室への気体の漏れを検出した場合に補正制御を行うことを特徴とする、内燃機関。
【請求項２】
漏れ検出装置は、気体ばねから燃焼室への気体の漏れ量を推定するように形成されており、
内燃機関が停止しているときに燃焼室が密閉されている気筒を検出し、
燃焼室が密閉されている気筒において、内燃機関が停止している期間における気体ばねの気体の漏れ量を推定し、推定した漏れ量が予め定められた判定値よりも大きい場合に、内燃機関を始動すべきときに補正制御を行うことを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
漏れ検出装置は、内燃機関が停止している時間を検出し、停止している時間に基づいて気体ばねの気体の漏れ量を推定することを特徴とする、請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
要求される負荷が零の期間に、燃焼室における燃焼を一時的に停止させる停止装置を備え、
停止装置が燃焼室における燃焼を停止した場合に、補正制御を禁止することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項５】
使用者が燃焼室における燃焼の開始および停止を切替える切替え装置と、
切替え装置により燃焼室における燃焼を停止した場合に、予め定められた時間内に燃焼室における燃焼を開始するか否かを予測する再始動予測装置とを備え、
再始動予測装置が予め定められた時間内に燃焼室における燃焼を開始すると予測した場合に、補正制御を禁止することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項６】
内燃機関を始動すべきときに燃焼室の圧力を低下させる補正制御を行うことを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項７】
燃焼室における燃焼空燃比を調整する空燃比調整装置を備え、
漏れ検出装置は、気体ばねから燃焼室への気体の漏れ量を推定するように形成されており、
漏れ検出装置により推定した気体の漏れ量に基づいて、燃焼室における燃焼空燃比を調整する補正制御を行うことを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項８】
内燃機関が停止したときのピストンの停止位置を調整する停止位置調整装置を備え、
内燃機関を停止すべきときに、停止位置調整装置により圧縮行程の吸気弁が閉じる位置からピストンが圧縮上死点に到達するまでの区間を避けて、ピストンを停止させる補正制御を行うことを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項９】
気体ばねに気体を供給する気体供給装置を備え、
内燃機関が停止しているときに、圧縮行程の吸気弁が閉じる位置からピストンが圧縮上死点に到達するまでの区間内にて停止している特定気筒を検出し、
内燃機関の始動を開始した１回目の燃焼サイクルにおいて、特定気筒の気体ばねに気体の供給を行うことを禁止する補正制御を行うことを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項１０】
内燃機関を始動すべきときに開閉が可能な吸気弁および内燃機関を始動すべきときに開閉が可能な排気弁のうち少なくとも一方を備え、
内燃機関を始動すべきときに、吸気弁および排気弁のうち少なくとも一方の弁を開くことにより、燃焼室の圧力を低下させる補正制御を行うことを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項１１】
内燃機関を始動するための始動機を備え、
始動機は、内燃機関の出力軸を逆回転させるように形成されており、
内燃機関を始動すべきときに、始動機により出力軸を逆回転させて、吸気弁および排気弁のうち少なくとも一方を開いて燃焼室の圧力を低下させる補正制御を行うことを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項１２】
内燃機関を始動するための始動機を備え、
始動機は、内燃機関を始動させる駆動力が可変に形成されており、
内燃機関を始動すべきときに、始動機により第１の駆動力にて始動を開始した後に、第１の駆動力よりも小さな第２の駆動力により始動を継続する補正制御を行うことを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項１３】
燃焼室において燃料が燃焼するときの圧縮比を変更する圧縮比可変装置を備え、
内燃機関を始動すべきときに、圧縮比可変装置により燃焼室における圧縮比を低下させる補正制御を行うことを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関は、燃焼室に燃料および空気が供給されて、燃焼室にて燃料が燃焼することにより駆動力を出力する。燃焼室において燃料を燃焼させるときには、空気と燃料との混合気を圧縮した状態になる。内燃機関の圧縮比は、出力および燃料消費量に影響を与えることが知られている。圧縮比を高くすることにより出力トルクを大きくしたり、燃料消費量を少なくしたりすることができる。
特開２０００−２３０４３９号公報には、燃焼室に圧力調整弁を介して通じる副室を設け、圧力調整弁は、弁体と弁体に接続されて燃焼室側に付勢された弁棒とを有する自着火式の内燃機関が開示されている。この自着火式の内燃機関は、過早着火等により燃焼圧が所定の許容圧値を超えた場合に、弾性体の圧力に抗して圧力調整弁を押し上げて副室に圧力を逃すことが開示されている。この公報には、過早着火等が生じる圧力よりも大きな圧力で圧力調整弁が動くことが開示されている。また、この公報においては、燃焼室に通じる副室が形成され、副室に上下に移動可能な副ピストンが挿入されている内燃機関が開示されている。副ピストンは、機械ばねで押圧されている。燃料が燃焼した時に、燃焼室の圧力により機械ばねが縮んで副ピストンが上昇し、燃焼室に通じる副室の容積が大きくなることが開示されている。
特開２０００−２１３３７５号公報においては、ピストンが上死点に停止する割合を大幅に低減させて、エンジンの始動性を向上させる内燃機関が開示されている。この内燃機関においては、イグニションスイッチを停止位置にすると、電子制御装置が吸気絞り弁の絞り開度を零にする全閉制御を行なう。この内燃機関では、エンジン惰性回転数が予め設定された回転数以上にある間は吸気絞り弁の絞り開度を零にする制御を継続する。電子制御装置は、エンジン惰性回転数が予め設定された回転数を下回ると、吸気絞り弁の絞り開度を零より大きくする制御を行なうことが開示されている。
特開２００２−０３９０３８号公報においては、スタータを用いることなく自己始動が可能なエンジン始動装置が開示されている。このエンジン始動装置は、コントロールユニットが膨張行程にある気筒を検出し、燃料を噴射および点火してエンジンを再始動させる。コントロールユニットは、膨張行程の気筒の燃料噴射および点火時に、圧縮行程の気筒の吸気弁が開くように、バルブタイミング位相可変機構による吸気弁の閉時期を制御することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２３０４３９号公報
【特許文献２】特開２０００−２１３３７５号公報
【特許文献３】特開２００２−０３９０３８号公報
【特許文献４】特開２００６−１１２３６６号公報
【特許文献５】特開２００９−２１５９９５号公報
【特許文献６】特開２００８−２４７１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料が燃焼したときの燃焼室の圧力を制御する装置は、燃焼室の圧力が上昇したときに縮む部材として、上記の特開２０００−２３０４３９号公報に開示されている機械ばねの他に、気体が封入された気体ばねを採用することができる。気体ばねは、内部の気圧を高くすることにより、燃焼室の高い圧力に容易に対応することができる。すなわち、気体ばねを採用することにより、容易に弾性を強くすることができる。
ところが、燃焼室の圧力を制御する装置に気体ばねを採用することにより、気体ばねに封入されている気体が漏れて燃焼室に流入する場合があった。例えば、内燃機関の停止期間中に、気体ばねに封入されている空気が徐々に漏れて燃焼室に流入する場合がある。この場合に、燃焼室が密閉された状態であると、燃焼室に貯留されている気体の量が増加する。また、燃焼室の圧力が上昇する。燃焼室の圧力が上昇した状態で、始動機により内燃機関を始動させようとしても、燃焼室の圧力が更に高くなってしまい始動しにくくなるという問題があった。
また、気体ばねの空気が燃焼室に漏れて、燃焼空燃比が変化してしまう場合があった。すなわち、所望の空気よりも多くの空気が燃焼室に供給され、所望の空燃比よりも高い空燃比にて燃焼が行われる場合があった。
このように、気体ばねを備える燃焼室の圧力を制御する装置において、気体ばねから燃焼室に気体が漏れることにより内燃機関の運転が不安定になるという問題があった。
本発明は、燃焼室の圧力を制御する気体ばねを備え、安定した運転を行なうことができる内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の内燃機関は、気体が圧縮されることにより弾性を有する気体ばねを含み、燃焼室の圧力が予め定められた制御圧力に到達したときに、燃焼室の圧力変化を駆動源として気体ばねが縮むことにより燃焼室の容積または燃焼室に連通する空間の容積が変化する容積可変装置を備える。内燃機関は、気体ばねから燃焼室に気体が漏れたことを検出する漏れ検出装置と、気体の漏れにより生じる運転状態への影響を補正する補正制御を行う補正制御装置とを備える。内燃機関は、漏れ検出装置により気体ばねから燃焼室への気体の漏れを検出した場合に補正制御を行う。
上記発明においては、漏れ検出装置は、気体ばねから燃焼室への気体の漏れ量を推定するように形成されており、内燃機関が停止しているときに燃焼室が密閉されている気筒を検出し、燃焼室が密閉されている気筒において、内燃機関が停止している期間における気体ばねの気体の漏れ量を推定し、推定した漏れ量が予め定められた判定値よりも大きい場合に、内燃機関を始動すべきときに補正制御を行うことが好ましい。
上記発明においては、漏れ検出装置は、内燃機関が停止している時間を検出し、停止している時間に基づいて気体ばねの気体の漏れ量を推定することが好ましい。
上記発明においては、要求される負荷が零の期間に、燃焼室における燃焼を一時的に停止させる停止装置を備え、停止装置が燃焼室における燃焼を停止した場合に、補正制御を禁止することが好ましい。
上記発明においては、使用者が燃焼室における燃焼の開始および停止を切替える切替え装置と、切替え装置により燃焼室における燃焼を停止した場合に、予め定められた時間内に燃焼室における燃焼を開始するか否かを予測する再始動予測装置とを備え、再始動予測装置が予め定められた時間内に燃焼室における燃焼を開始すると予測した場合に、補正制御を禁止することが好ましい。
上記発明においては、内燃機関を始動すべきときに燃焼室の圧力を低下させる補正制御を行うことが好ましい。
上記発明においては、燃焼室における燃焼空燃比を調整する空燃比調整装置を備え、漏れ検出装置は、気体ばねから燃焼室への気体の漏れ量を推定するように形成されており、漏れ検出装置により推定した気体の漏れ量に基づいて、燃焼室における燃焼空燃比を調整する補正制御を行うことが好ましい。
上記発明においては、内燃機関が停止したときのピストンの停止位置を調整する停止位置調整装置を備え、内燃機関を停止すべきときに、停止位置調整装置により圧縮行程の吸気弁が閉じる位置からピストンが圧縮上死点に到達するまでの区間を避けて、ピストンを停止させる補正制御を行うことが好ましい。
上記発明においては、気体ばねに気体を供給する気体供給装置を備え、内燃機関が停止しているときに、圧縮行程の吸気弁が閉じる位置からピストンが圧縮上死点に到達するまでの区間内にて停止している特定気筒を検出し、内燃機関の始動を開始した１回目の燃焼サイクルにおいて、特定気筒の気体ばねに気体の供給を行うことを禁止する補正制御を行うことが好ましい。
上記発明においては、内燃機関を始動すべきときに開閉が可能な吸気弁および内燃機関を始動すべきときに開閉が可能な排気弁のうち少なくとも一方を備え、内燃機関を始動すべきときに、吸気弁および排気弁のうち少なくとも一方の弁を開くことにより、燃焼室の圧力を低下させる補正制御を行うことが好ましい。
上記発明においては、内燃機関を始動するための始動機を備え、始動機は、内燃機関の出力軸を逆回転させるように形成されており、内燃機関を始動すべきときに、始動機により出力軸を逆回転させて、吸気弁および排気弁のうち少なくとも一方を開いて燃焼室の圧力を低下させる補正制御を行うことが好ましい。
上記発明においては、内燃機関を始動するための始動機を備え、始動機は、内燃機関を始動させる駆動力が可変に形成されており、内燃機関を始動すべきときに、始動機により第１の駆動力にて始動を開始した後に、第１の駆動力よりも小さな第２の駆動力により始動を継続する補正制御を行うことが好ましい。
上記発明においては、燃焼室において燃料が燃焼するときの圧縮比を変更する圧縮比可変装置を備え、内燃機関を始動すべきときに、圧縮比可変装置により燃焼室における圧縮比を低下させる補正制御を行うことが好ましい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、燃焼室の圧力を制御する気体ばねを備え、安定した運転を行なうことができる内燃機関を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施の形態１における内燃機関の概略図である。
【図２】実施の形態１における内燃機関を複数の気筒が並ぶ方向に切断したときの概略断面図である。
【図３】実施の形態１における内燃機関の気体ばねの部分の拡大概略断面図である。
【図４】クランク角度と燃焼室の圧力との関係を説明するグラフである。
【図５】実施の形態１における内燃機関の燃焼サイクルの行程図である。
【図６】実施の形態１における内燃機関の圧縮比可変機構の機能の説明図である。
【図７】実施の形態１における停止位置調整制御のフローチャートである。
【図８】実施の形態１における内燃機関の圧縮行程における圧力上昇を説明するグラフである。
【図９】実施の形態１における第１の漏れ検出制御のフローチャートである。
【図１０】実施の形態１における内燃機関を停止すべきときに行う制御のフローチャートである。
【図１１】実施の形態１における第２の漏れ検出制御のフローチャートである。
【図１２】実施の形態１における第１の補正禁止制御のフローチャートである。
【図１３】実施の形態１における内燃機関を停止すべきときに行う制御のフローチャートである。
【図１４】実施の形態１における車線維持支援装置、車両用ナビゲーション装置、およびイグニッションスイッチの説明図である。
【図１５】実施の形態１における第２の補正禁止制御のフローチャートである。
【図１６】実施の形態１における第３の補正禁止制御のフローチャートである。
【図１７】実施の形態１における他の容積可変装置を含むピストンの破断斜視図である。
【図１８】実施の形態２における第１の補助制御のフローチャートである。
【図１９】実施の形態２における第１の補助制御のタイムチャートである。
【図２０】実施の形態２における第２の補助制御を行う排気弁の拡大概略断面図である。
【図２１】実施の形態２における第２の補助制御のフローチャートである。
【図２２】実施の形態２における第２の補助制御のタイムチャートである。
【図２３】始動時の燃焼室の圧力と始動時間との関係を説明するグラフである。
【図２４】実施の形態２における第３の補助制御を行う内燃機関の燃焼サイクルの行程図である。
【図２５】実施の形態２における第３の補助制御を行う始動機の概略図である。
【図２６】実施の形態２における第３の補助制御のフローチャートである。
【図２７】実施の形態２における第３の補助制御のタイムチャートである。
【図２８】実施の形態２における第４の補助制御を行う始動機の概略図である。
【図２９】実施の形態２における第４の補助制御のフローチャートである。
【図３０】実施の形態２における第４の補助制御のタイムチャートである。
【図３１】実施の形態２における第５の補助制御を行う内燃機関の圧縮比可変機構の概略斜視図である。
【図３２】実施の形態２における第５の補助制御を行う燃焼室の部分の概略断面図である。
【図３３】実施の形態２における第５の補助制御を行う燃焼室の部分の他の概略断面図である。
【図３４】実施の形態２における第５の補助制御のフローチャートである。
【図３５】実施の形態２における第５の補助制御のタイムチャートである。
【図３６】実施の形態２における第１の漏れ検出制御のフローチャートである。
【図３７】実施の形態２における内燃機関の始動時に行う制御のフローチャートである。
【図３８】実施の形態２における第２の漏れ検出制御のフローチャートである。
【図３９】実施の形態２における第３の漏れ検出制御のフローチャートである。
【図４０】内燃機関が停止してからの経過時間と気体ばねの漏れ空気重量との関係を示すグラフである。
【図４１】実施の形態２における第４の漏れ検出制御のフローチャートである。
【図４２】ピストンの停止位置が燃焼室の圧力に与える影響を説明するグラフである。
【図４３】燃焼室の壁面の温度が燃焼室の圧力に与える影響を説明するグラフである。
【図４４】内燃機関が停止したときの初期の燃焼室の圧力が、内燃機関が停止した後の燃焼室の圧力に与える影響を説明するグラフである。
【図４５】気体ばねのガス室の圧力が燃焼室の圧力に与える影響を説明するグラフである。
【図４６】ピストンリングの劣化が燃焼室の圧力に与える影響を説明するグラフである。
【図４７】実施の形態２における内燃機関の始動時に行う制御のフローチャートである。
【図４８】実施の形態２における第１の補正禁止制御のフローチャートである。
【図４９】実施の形態２における第２の補正禁止制御のフローチャートである。
【図５０】実施の形態３における内燃機関の燃焼室の部分の概略断面図である。
【図５１】実施の形態３における始動時の空燃比制御のフローチャートである。
【図５２】実施の形態３における運転期間中の空燃比制御のフローチャートである。
【図５３】実施の形態３における燃焼空燃比と始動時間との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
実施の形態１
図１から図１７を参照して、実施の形態１における内燃機関について説明する。本実施の形態においては、車両に配置されている内燃機関を例に取り上げて説明する。
図１は、本実施の形態における内燃機関の概略図である。本実施の形態における内燃機関は、火花点火式である。内燃機関は、機関本体１を備える。機関本体１は、シリンダブロック２とシリンダヘッド４とを含む。シリンダブロック２の内部には、ピストン３が配置されている。ピストン３は、シリンダブロック２の内部で往復運動する。本発明においては、ピストンが圧縮上死点に達したときにピストンの冠面とシリンダヘッドとに囲まれる気筒内の空間および、任意の位置にあるピストンの冠面とシリンダヘッドとに囲まれる気筒内の空間を燃焼室と称する。
燃焼室５ａは、それぞれの気筒ごとに形成されている。燃焼室５ａには、機関吸気通路および機関排気通路が接続されている。機関吸気通路は、燃焼室５ａに空気または燃料と空気との混合気を供給するための通路である。機関排気通路は、燃料の燃焼により生じた排気ガスを燃焼室５ａから排出するための通路である。
シリンダヘッド４には、吸気ポート７および排気ポート９が形成されている。吸気弁６は吸気ポート７の端部に配置され、燃焼室５ａに連通する機関吸気通路を開閉可能に形成されている。排気弁８は、排気ポート９の端部に配置され、燃焼室５ａに連通する機関排気通路を開閉可能に形成されている。シリンダヘッド４には、点火装置としての点火プラグ１０が固定されている。点火プラグ１０は、燃焼室５ａにて燃料を点火するように形成されている。
本実施の形態における内燃機関は、燃焼室５ａに燃料を供給するための燃料噴射弁１１を備える。本実施の形態における燃料噴射弁１１は、吸気ポート７に燃料を噴射するように配置されている。燃料噴射弁１１は、この形態に限られず、燃焼室５ａに燃料を供給できるように配置されていれば構わない。たとえば、燃料噴射弁は、燃焼室５ａに直接的に燃料を噴射するように配置されていても構わない。
燃料噴射弁１１は、電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２９を介して燃料タンク２８に接続されている。燃料タンク２８内に貯蔵されている燃料は、燃料ポンプ２９によって燃料噴射弁１１に供給される。
各気筒の吸気ポート７は、対応する吸気枝管１３を介してサージタンク１４に連結されている。サージタンク１４は、吸気ダクト１５およびエアフローメータ１６を介してエアクリーナ（図示せず）に連結されている。吸気ダクト１５には、吸入空気量を検出するエアフローメータ１６が接続されている。吸気ダクト１５の内部には、ステップモータ１７によって駆動されるスロットル弁１８が配置されている。一方、各気筒の排気ポート９は、対応する排気枝管１９に連結されている。排気枝管１９は、触媒コンバータ２１に連結されている。本実施の形態における触媒コンバータ２１は、三元触媒２０を含む。触媒コンバータ２１は、排気管２２に接続されている。
本実施の形態における内燃機関は、電子制御ユニット３１を備える。本実施の形態における電子制御ユニット３１は、デジタルコンピュータを含む。電子制御ユニット３１は、双方向バス３２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３４、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３５、入力ポート３６および出力ポート３７を含む。
エアフローメータ１６は、燃焼室５ａに吸入される吸入空気量に比例した出力電圧を発生する。この出力電圧は、対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。アクセルペダル４０には、負荷センサ４１が接続されている。負荷センサ４１は、アクセルペダル４０の踏込量に比例した出力電圧を発生する。この出力電圧は、対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。
クランク角センサ４２は、クランクシャフトが、例えば所定の角度を回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスは入力ポート３６に入力される。クランク角センサ４２の出力により、機関回転数を検出することができる。また、クランク角センサ４２の出力により、クランク角度を検出することができる。たとえば、第１気筒の圧縮上死点を０°としたときのクランク角度を検出することができる。すなわち、クランクシャフトの回転角度を検出することができる。サージタンク１４には、機関吸気通路の空気の圧力を検出する圧力センサ４３が配置されている。圧力センサ４３の出力は、対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。
電子制御ユニット３１の出力ポート３７は、それぞれの対応する駆動回路３９を介して燃料噴射弁１１および点火プラグ１０に接続されている。本実施の形態における電子制御ユニット３１は、燃料噴射制御や点火制御を行うように形成されている。すなわち、燃料を噴射する時期および燃料の噴射量が電子制御ユニット３１により制御される。更に点火プラグ１０の点火時期が電子制御ユニット３１により制御されている。また、出力ポート３７は、対応する駆動回路３９を介して、スロットル弁１８を駆動するステップモータ１７および燃料ポンプ２９に接続されている。これらの機器は、電子制御ユニット３１により制御されている。
吸気弁６は、吸気カム９１が回転することにより開閉するように形成されている。排気弁８は、排気カム９２が回転するようことにより開閉するように形成されている。本実施の形態における内燃機関は、吸気弁６の開閉時期を変更する可変バルブタイミング装置９３を備える。また、本実施の形態における内燃機関は、排気弁８の開閉時期を変更する可変バルブタイミング装置９４を備える。本実施の形態における可変バルブタイミング装置９３，９４は、それぞれのカムの回転軸に接続されている。
図２に、本実施の形態における内燃機関の概略断面図を示す。図２は、複数の気筒が並ぶ方向に機関本体を切断したときの断面図である。本実施の形態における内燃機関は、４気筒である。第１気筒、第２気筒、第３気筒および第４気筒が、この順に配置されている。それぞれの気筒には、燃焼室５ａ〜５ｄが形成されている。それぞれの気筒に配置されているピストン３は、コネクティングロッド４５に接続されている。コネクティングロッド４５は、クランクシャフト４６に接続されている。クランクシャフト４６は、回転可能なようにシリンダブロック２に支持されている。
本実施の形態における内燃機関は、燃料が燃焼したときの燃焼室の圧力を制御する燃焼圧力制御装置を備える。本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、燃焼室に連通する空間の容積が変化する容積可変装置を備える。容積可変装置は、気体ばね５０ａ〜５０ｄを含む。気体ばね５０ａ〜５０ｄは、それぞれの気筒において燃焼室５ａ〜５ｄに接続されている。本実施の形態における内燃機関は、それぞれの燃焼室５ａ〜５ｄに連通する空間としての副室６０を有する。本実施の形態における容積可変装置は、副室６０の容積が変化する。
図３に、本実施の形態における気体ばねの部分の拡大概略断面図を示す。図３は、複数の気筒が並ぶ方向に燃焼室を切断したときの概略断面図である。図３には、第１気筒の概略断面図が示されているが、第２気筒から第４気筒も同様の構成を有する。
本実施の形態における容積可変装置は、燃焼室５ａの圧力が制御圧力に到達したときに、燃焼室５ａの圧力変化を駆動源として副室６０の容積が変化する。すなわち、容積可変装置は、燃焼室５ａの圧力が変化することにより作動する。本発明における制御圧力は、容積可変装置が作動し始めるときの燃焼室の圧力である。すなわち、副室用ピストン５５が移動し始める時の燃焼室の圧力である。容積可変装置は、燃焼室５ａの圧力が異常燃焼の発生圧力以上になることを抑制する。本実施の形態においては、燃焼室５ａの圧力が異常燃焼の発生する圧力以上にならないように制御圧力を定めている。
本発明における異常燃焼は、たとえば、点火装置により混合気が点火し、点火した点から順次燃焼が伝搬する状態以外の燃焼を含む。異常燃焼は、たとえば、ノッキング現象、デトネーション現象およびプレイグニッション現象を含む。ノッキング現象は、スパークノック現象を含む。スパークノック現象は、点火装置において点火し、点火装置を中心に火炎が広がっているときに、点火装置から遠い位置にある未燃燃料を含む混合気が自着火する現象である。点火装置から遠い位置にある混合気は、点火装置の近傍の燃焼ガスにより圧縮されて高温高圧になって自着火する。混合気が自着火するときに衝撃波が発生する。
デトネーション現象は、高温高圧の混合気の中を衝撃波が通過することにより、混合気が着火する現象である。この衝撃波は、たとえば、スパークノック現象によって発生する。
プレイグニッション現象は、早期着火現象とも言われる。プレイグニッション現象は、点火プラグの先端の金属または燃焼室内に堆積するカーボンスラッジ等が加熱されて、所定の温度以上を維持した状態になり、この部分を火種として点火時期の前に燃料が着火して燃焼する現象である。
気体ばね５０ａは、内部に気体を密閉することにより弾性を有するように形成されている。気体ばね５０ａは、内部に気体を封入する封入機構を有する。気体ばね５０ａは、燃焼室５ａに連通している筒状部を構成する筒状部材５１を含む。本実施の形態における筒状部材５１は、円筒状に形成されている。筒状部材５１の内部には、移動部材としての副室用ピストン５５が配置されている。筒状部材５１の内部の空間は、副室用ピストン５５により区画されている。筒状部材５１の内部には、燃焼室５ａに向かう側に副室６０が形成され、燃焼室５ａに向かう側と反対側にガス室６１が形成されている。
副室用ピストン５５は、矢印５５０に示すように、筒状部材５１の内部を移動できるように配置されている。副室用ピストン５５は、封止部材としてのピストンリング５６を介して筒状部材５１に接触している。副室６０には燃焼ガスが流入するために、ピストンリング５６は、耐熱性を有する材料で形成されている。ピストンリング５６は、たとえば金属により形成されている。副室用ピストン５５は、筒状部材５１に固定されておらず、筒状部材５１の軸方向に移動するように形成されている。
気体ばね５０ａのガス室６１には、燃焼室５ａの圧力が所望の制御圧力に到達したときに、副室用ピストン５５が移動し始めるように、加圧された気体が封入されている。本実施の形態においては、ガス室６１に空気が封入されている。密閉されたガス室６１の圧力により副室用ピストン５５が押圧されている。
筒状部材５１は、燃焼室５ａに向かう側の端部に形成された係止部５２を有する。係止部５２は、副室用ピストン５５を筒状部材５１の端部で係止する。副室用ピストン５５が係止部５２に接触している状態が、副室用ピストン５５が筒状部材５１の内部で着底している状態である。
図２および図３を参照して、本実施の形態における内燃機関は、容積可変装置の気体ばねに気体を供給する気体供給装置を備える。本実施の形態における気体供給装置は、気体ばね５０ａ〜５０ｄのガス室６１に空気を供給する。
本実施の形態における気体供給装置は、モータ７１と、モータ７１により駆動される圧縮機７２と含む。圧縮機７２の出口には、逆止弁８２が配置されている。逆止弁８２は、ガス室６１の気体が逆流して流出することを防止する。圧縮機７２には、逆止弁８１およびフィルタ７３が接続されている。フィルタ７３は、圧縮機７２に吸入される空気から異物を除去する。逆止弁８１は、圧縮機７２から空気が逆流することを防止する。
それぞれの気体ばね５０ａ〜５０ｄには、気体を供給する流路が接続されている。本実施の形態における気体供給装置は、それぞれの気体ばね５０ａ〜５０ｄのガス室６１の圧力を変更する機能を有する。気体供給装置は、空気排出弁８４を含む。空気排出弁８４は、それぞれの気体ばね５０ａ〜５０ｄごとに配置されている。空気排出弁８４は、ガス室６１の気体を排出することができるように配置されている。気体供給装置は、圧力調整弁８５を含む。圧力調整弁８５は、それぞれの気体ばね５０ａ〜５０ｄごとに配置されている。圧力調整弁８５は、開閉することによりガス室６１に供給する空気の圧力を調整する。本実施の形態においては、副室用ピストン５５が移動する期間中は、圧力調整弁８５および空気排出弁８４が閉止される。圧力調整弁８５および空気排出弁８４を閉止することにより、ガス室６１に接続される流路を遮断して、ガス室６１を密閉することができる。
本実施の形態における気体供給装置は、気体ばね５０ａ〜５０ｄに供給する気体の流量を検出する流量検出器としての流量センサ７６を含む。気体供給装置は、それぞれの気体ばね５０ａ〜５０ｄのガス室６１の圧力を検出するガス室圧力検出器としての圧力センサ７４を含む。本実施の形態における圧力センサ７４は、それぞれの気体ばね５０ａ〜５０ｄごとに配置されている。
また、本実施の形態における内燃機関は、燃焼室５ａ〜５ｄの圧力を検出する燃焼室圧力検出器を備える。本実施の形態における燃焼室圧力検出器は、筒内圧力センサ７５を含む。それぞれの筒内圧力センサ７５は、燃焼室５ａ〜５ｄにおける圧力を検出する。
気体供給装置は、電子制御ユニット３１により制御されている。本実施の形態においては、モータ７１が電子制御ユニット３１に制御されている。本実施の形態における空気排出弁８４および圧力調整弁８５は、電磁弁であり、電子制御ユニット３１により制御されている。圧力センサ７４、筒内圧力センサ７５および流量センサ７６等の検出器の出力は、電子制御ユニット３１に入力される。
本実施の形態における内燃機関は、運転期間中または停止期間中にガス室６１から空気が漏れても、ガス室６１に空気を充填することができる。たとえば、モータ７１にて圧縮機７２を駆動し、更に圧力調整弁８５を開くことにより、気体ばね５０ａ〜５０ｄのガス室６１に空気を供給することができる。
また、本実施の形態における気体供給装置は、ガス室６１の圧力を上昇させることができる。更に、本実施の形態における気体供給装置は、それぞれの気体ばね５０ａ〜５０ｄのガス室６１から気体を排出することができる。空気排出弁８４を開くことにより、ガス室６１の圧力を下降させることができる。このように、ガス室６１の圧力を変更することにより、制御圧力を変更することができる。気体供給装置としては、この形態に限られず、気体ばねのガス室に気体を供給できる任意の装置を採用することができる。
図４に、本実施の形態の内燃機関における燃焼室の圧力のグラフを示す。横軸がクランク角度であり、縦軸が燃焼室の圧力および副室用ピストンの変位である。図４には、燃焼サイクルのうち圧縮行程および膨張行程のグラフが示されている。副室用ピストン５５は、筒状部材５１の底部に着底しているときの変位が零である。本実施の形態における容積可変装置は、燃焼サイクルの圧縮行程から膨張行程の期間中に、燃焼室の圧力が制御圧力に到達した場合に、副室用ピストン５５が移動する。この結果、それぞれの気体ばね５０ａ〜５０ｄの副室６０の容積が大きくなる。
図３および図４を参照して、圧縮行程の開始時には副室用ピストン５５が筒状部材５１の底部に着底している。圧縮行程ではピストン３が上昇して、燃焼室５ａの圧力が上昇する。ここで、ガス室６１には制御圧力に対応する圧力の気体が封入されているために、燃焼室５ａの圧力が制御圧力になるまでは、副室用ピストン５５は着底した状態が維持される。
図４に示す実施例では、クランク角度が０°（ＴＤＣ）より僅か後に点火される。点火されることにより燃焼室５ａの圧力が急激に上昇する。燃焼室５ａの圧力が制御圧力に達したときに、副室用ピストン５５が移動し始める。混合気の燃焼が進むと、ガス室６１が縮んで副室用ピストン５５の変位が大きくなる。副室６０の容積が大きくなる。このために、燃焼室５ａおよび副室６０の圧力が上昇することが抑制される。図４に示す例では、燃焼室の圧力がほぼ一定に保たれる。なお、厳密には副室用ピストン５５が移動することによりガス室６１内の圧力が上昇するために、燃焼室５ａの圧力も上昇する。
燃焼室において、更に燃料の燃焼が進むと、副室用ピストン５５の変位は最大になった後に小さくなる。ガス室６１の圧力が減少して、副室用ピストン５５の変位が零に戻る。すなわち、副室用ピストン５５は着底する位置まで戻る。燃焼室５ａの圧力が制御圧力未満になった場合には、クランク角度の進行とともに燃焼室５ａの圧力が減少する。
このように、本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、燃焼室５ａの圧力が制御圧力に到達したときに燃焼室の圧力上昇を抑制し、燃焼室の圧力が異常燃焼の発生する圧力以上にならないように制御することができる。
図４には、比較例１および比較例２の燃焼室の圧力のグラフが示されている。比較例１および比較例２は、本実施の形態における容積可変装置を有していない内燃機関である。内燃機関は、点火時期に依存して、燃焼室の圧力が変動する。内燃機関は、出力トルクが最大になる点火時期θｍａｘを有する。比較例１は、点火時期θｍａｘで点火したときのグラフである。出力トルクが最大になる点火時期で点火することにより、燃焼室の圧力が高くなり熱効率が最良になる。ところが、比較例１のように点火時期が早いと、燃焼室の圧力が異常燃焼の発生する圧力よりも高くなる。比較例１のグラフは、異常燃焼が発生しないと仮定している。一方で、実際の内燃機関では、燃焼室の最大圧力（Ｐｍａｘ）が異常燃焼の発生する圧力よりも小さくなるように点火時期を遅角させている。
比較例２の内燃機関では、異常燃焼を回避するために、出力トルクが最大になる点火時期よりも遅らせて点火している。点火時期を遅角させた場合には、出力トルクが最大になる点火時期で点火した場合よりも燃焼室の最大圧力が小さくなる。
本実施の形態における内燃機関は、燃焼室の圧力が異常燃焼の発生する圧力未満で燃焼を行なうことができる。点火時期を早くしても異常燃焼の発生を抑制することができる。特に、圧縮比が高いエンジンにおいても異常燃焼を抑制することができる。さらに、燃焼室の圧力が高い時間を長くすることができる。このため、比較例２の点火時期を遅らせた内燃機関よりも熱効率が改善され、出力トルクを大きくすることができる。または、燃料消費量を少なくすることができる。
図３を参照して、本実施の形態における容積可変装置は、ピストンリング５６によりガス室６１の封止機構が構成されている。ところが、ピストンリング５６の封止機構をすり抜けて、ガス室６１の空気が漏れる場合がある。ガス室６１から漏れた空気は、燃焼室５ａに流入する。特に、ガス室６１には制御圧力に対応する高い圧力の空気が封入されているために漏れる場合があった。また、封止機構の劣化等により、ガス室６１に封入されている空気が漏れる場合があった。
図５に、本実施の形態における内燃機関の燃焼サイクルの行程図を示す。それぞれの気筒における燃焼サイクルは、吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程を含む。本実施の形態の内燃機関においては、第１気筒、第３気筒、第４気筒および第２気筒が、この順に点火される。図５に示す例では、第１気筒のピストンが圧縮行程の上死点（ＴＤＣ）に到達したときのクランク角度を０°としている。
内燃機関を停止する場合には、燃焼室における燃料の燃焼を停止する。たとえば、燃料の供給および点火を停止する。燃料の供給および点火を停止した直後では、クランクシャフトの慣性によりクランクシャフトが回転し続ける。燃料の供給および点火を停止した後には、機関回転数が徐々に減少して、最終的に機関回転数が零になる。
本実施の形態における容積可変装置は、内燃機関の停止期間中には、気体ばね５０ａ〜５０ｄに空気が封入された状態で保持される。すなわち、気体ばね５０ａ〜５０ｄに接続される流路に配置されている圧力調整弁８５および空気排出弁８４が閉止している状態で保持される。
また、内燃機関が停止したときに、吸気弁および排気弁が閉じた状態であると燃焼室が密閉される。内燃機関が停止したときに、いずれかの気筒が圧縮行程の途中であり、燃焼室が密閉されている場合がある。本発明においては、内燃機関が停止したときに、圧縮行程であり吸気弁および排気弁が閉止されている気筒を特定気筒という。内燃機関が停止したときに、特定気筒は、圧縮行程における吸気弁が閉じる位置からピストンが圧縮上死点に到達するまでの区間内で停止している。
特定気筒において、内燃機関の停止期間中に気体ばねに封入されている空気が燃焼室に漏れると燃焼室の圧力が上昇する。気体ばねには、制御圧力に対応した高い圧力で空気が封入されているために空気の漏れにより燃焼室が高い圧力になる。始動機により内燃機関の始動を開始すると、特定気筒においてピストンが上昇する。ところが、特定気筒の燃焼室の空気が圧縮されて、更に高い圧力になる。このため、始動機にてクランクシャフトを回転させることができない場合がある。すなわち、内燃機関の始動時にクランキングを行なうことができない場合がある。または、内燃機関の始動が不安定になる場合がある。
図５では、それぞれの気筒において圧縮行程の吸気弁が閉じる位置からピストンが圧縮上死点に到達するまでの区間を、クランキングが困難な区間として記載している。複数の気筒のうち１つの気筒が、クランキングが困難な区間内で停止している場合には、クランキングができなかったり不安定になったりする。
本実施の形態においては、内燃機関の運転が不安定になることを抑制する補正制御装置を備える。補正制御装置は、気体の漏れにより生じる運転状態への影響を補正する補正制御を行うように形成されている。特に、補正制御装置は、運転状態への悪影響を抑制する制御を行うように形成されている。
本実施の形態の補正制御では、全ての気筒が、クランキングが困難な区間内を避けて停止するように、内燃機関を停止させる制御を行う。図５を参照すると、本実施の形態における内燃機関は、全ての気筒において、クランキングが困難な期間にならない期間を有し、この区間をクランキングが容易な区間として記載している。たとえば、図５の実施例では、クランク角度５４０°から吸気弁が閉じる位置までの区間が、クランキングが容易な区間である。本実施の形態における補正制御では、内燃機関が完全に停止したときに、クランキングが容易な区間内で停止するように制御を行う。
本実施の形態における内燃機関は、内燃機関が停止したときのピストンの停止位置を調整する停止位置調整装置を備える。停止位置調整装置は、内燃機関を所望のクランク角度で停止させることができる。停止位置調整装置により、補正制御としての停止位置調整制御を行なう。図１を参照して、本実施の形態における停止位置調整装置は、可変バルブタイミング装置９３，９４を含む。
図６に、本実施の形態における可変バルブタイミング装置の作用を説明するグラフを示す。横軸はクランク角度であり、縦軸は吸気弁のリフト量および排気弁のリフト量である。図６のグラフにおいては、吸気弁または排気弁が、早い時期に開く早開き制御が実線で示されている。また、吸気弁または排気弁が、遅い時期に開く遅開き制御が破線で示されている。排気弁は、クランク角度の幅Ｃ１°の範囲内で開閉時期を変更することができる。また、吸気弁は、クランク角度の幅Ｃ２°の範囲内で開閉時期を変更することができる。
本実施の形態における停止位置調整装置は、可変バルブタイミング装置を制御して開閉弁の開閉動作を制御する。燃焼室への燃料の供給および点火を停止した後に、慣性により回転するクランクシャフトの回転数を調整することにより、最終的に内燃機関が停止する位置を制御する。すなわち、機関回転数が零になったときのクランク角度を調整する。
図７に、本実施の形態における停止位置調整制御のフローチャートを示す。本実施の形態における内燃機関は、図５に示すクランキングが容易な区間内に停止させるための機関回転数のモデルを有している。このモデルには、燃焼室における燃料の燃焼を停止した後に、慣性により機関回転数が徐々に減少していくときの基準となる機関回転数（以下、「基準機関回転数」）が予め定められている。停止位置調整制御においては、実際の機関回転数を検出し、実際の機関回転数を基準機関回転数に近づける制御を行う。
本実施の形態においては、吸気弁の開閉時期および排気弁の開閉時期を制御することにより、減速しながら回転する出力軸の慣性に作用する回転抵抗を制御する。すなわち、吸気弁または排気弁の開閉時期を制御することにより、それぞれの気筒における燃焼室の圧力を変化させる。または、ポンピングロスを変化させる。
実際の機関回転数が基準機関回転数よりも高い場合には、機関回転数の減少速度を増加させるために、回転抵抗を大きくする制御を行なうことができる。実際の機関回転数が基準機関回転数よりも低い場合には、機関回転数の減少速度を減少させるために、回転抵抗を小さくする制御を行なうことができる。実際の機関回転数を基準機関回転数に近づけることにより、所望のクランク角度にて内燃機関を停止させることができる。
図１を参照して、燃焼室５ａにおける燃料の燃焼を停止した後の基準機関回転数は、例えば、電子制御ユニット３１のＲＯＭ３４に記憶されている。実際の機関回転数は、クランク角度センサ４２の出力により検出することができる。
本実施の形態においては、内燃機関の停止要求を検出したら、全ての燃焼室において燃料の供給および点火を停止する。この後に、図７に示す停止位置調整制御を行う。停止位置調整制御は、たとえば所定の時間間隔をあけて繰り返し行なうことができる。
ステップ１５２においては、全ての気筒において燃焼が停止しているか否かを判別する。本実施の形態においては、全ての気筒において点火が停止しているか否かを判別する。ステップ１５２において、全ての気筒において点火が停止している場合には、ステップ１５３に移行する。ステップ１５２において、少なくとも一つの気筒において、点火が継続されている場合には、この制御を終了する。
次に、ステップ１５３において、スロットル弁１８を全開にする。スロットル弁１８を全開にすることにより、機関吸気通路内の圧力が大気圧になる。すなわち、サージタンク１４、吸気枝管１３および吸気ポート７の圧力が、ほぼ大気圧になる。本実施の形態における停止位置調整制御においては、吸気弁６および排気弁８の開閉により、燃焼室の圧力変化を利用して空気の反力トルクを制御する。スロットル弁を全開にして、機関吸気通路内の圧力をほぼ一定に維持することにより、反力トルクによる制動の精度を向上させることができる。
次に、ステップ１５４においては、実際の内燃機関の機関回転数を検出する。
次に、ステップ１５５においては、実際の機関回転数と予め定められた基準機関回転数との差の絶対値が判定値以上か否かが判別される。実際の機関回転数と基準機関回転数との差の絶対値が判定値以上であると、内燃機関の停止位置が目標位置からずれると判別する。この場合には、ステップ１５６に進む。ステップ１５５における判定値としては、実際の機関回転数の調整が必要である閾値を採用することができる。ステップ１５５において、実際の機関回転数と基準機関回転数との差の絶対値が判定値未満の場合には、この制御を終了する。
ステップ１５６においては、実際の機関回転数から基準機関回転数を減算した値が０よりも大きいか否かが判別される。すなわち、実際の機関回転数が基準機関回転数よりも大きいか否かが判別される。ステップ１５６において、実際の機関回転数が基準機関回転数未満の場合にはステップ１５７に進む。
ステップ１５７においては、吸気弁の開閉時期および排気弁の開閉時期を導出する。例えば、実際の機関回転数と基準機関回転数との差を関数にする吸気弁の開閉時期および排気弁の開閉時期を、予め電子制御ユニット３１に記憶させておくことができる。実際の機関回転数と基準機関回転数との差を算出し、吸気弁の開閉時期および排気弁の開閉時期を導出することができる。ステップ１５７では、実際の機関回転数が基準機関回転数未満であるために、実際の機関回転数の減少速度を小さくする開閉時期を導出する。それぞれの気筒における空気の反力トルクが減少して、実際の機関回転数の減少速度が抑制される開閉時期が選定される。
ステップ１５８においては、ステップ１５７において導出された開閉時期に基づいて、吸気弁の閉じる時期が遅くなる制御を行っている。また、排気弁の開く時期が早くなる制御を行っている。実際の機関回転数が低下する速さを小さくすることができる。この結果、実際の機関回転数を基準機関回転数に近づかせることができる。
ステップ１５６において、実際の機関回転数が基準機関回転数よりも大きな場合には、ステップ１５９に移行する。この場合には、実際の機関回転数の減少速度を速くする制御を行う。ステップ１５９においては、吸気弁の開閉時期および排気弁の開閉時期を導出する。それぞれの気筒における空気の反力トルクが増加して、実際の機関回転数の減少速度が大きくなる開閉時期が選定される。吸気弁の開閉時期および排気弁の開閉時期を導出は、ステップ１５７と同様の方法により行うことができる。
次に、ステップ１６０においては、ステップ１５９において導出された開閉時期に基づいて、吸気弁の閉じる時期が早くなる制御を行っている。また、排気弁の開く時期が遅くなる制御を行っている。実際の機関回転数が減少する速さを大きくすることができる。この結果、実際の機関回転数を基準機関回転数に近づかせることができる。
図７における制御を予め定められた時間間隔ごとに繰り返すことにより、燃焼室における燃焼を停止した後に減少していく機関回転数を、基準機関回転数に近づかせることができる。この結果、所望のクランク角度にて内燃機関を停止させることができる。
図５を参照して、本実施の形態の内燃機関は、クランキングが容易な区間内にて停止させることができる。クランキングが容易な区間内では、膨張行程の１つの気筒を除いて、吸気弁および排気弁のうち少なくとも一方が開いている。内燃機関の停止期間中に気体ばねから燃焼室に向かって空気が漏れた場合にも、漏れた空気を機関吸気通路または機関排気通路に逃すことができる。停止期間中における燃焼室の圧力上昇を抑制することができる。膨張行程の１つの気筒においては、吸気弁および排気弁が完全に閉じている。この気筒においては、気体ばねの空気が燃焼室に漏れて燃焼室の圧力が上昇すると、ピストンを押し下げる向きに力が働く。すなわち、内燃機関の始動を付勢する向きに力が働く。このために、始動性を悪化させることにはならない。
このように、本実施の形態における内燃機関は、始動時間が長くなったり、内燃機関が始動できなかったりすることを抑制できる。本実施の形態における内燃機関は、安定した始動を行うことができる。
本実施の形態における停止位置調整装置では、実際の機関回転数を検出して、吸気弁および排気弁の開閉時期を調整する制御を行なっているが、この形態に限られず、クランキングが容易な区間内にて内燃機関を停止させる任意の装置を採用することができる。例えば、減速中の機関回転数を調整するために、吸気弁のリフト量や排気弁のリフト量を変更する制御を行なっても構わない。または、機関回転数が零に近づいたときに、機械的にクランクシャフトに抵抗を与えて、内燃機関を所望の位置に停止させる装置を採用しても構わない。
上述の停止位置調整制御は、内燃機関を停止する度に行うことができる。一方で、本実施の形態の内燃機関は、気体ばねから燃焼室に気体が漏れたことを検出する漏れ検出装置を備える。本実施の形態における内燃機関は、漏れ検出装置により気体ばねから燃焼室への気体の漏れを検出した場合に補正制御を行う。すなわち、気体ばねの漏れを検出した場合に、停止位置調整装置により内燃機関が停止する位置を調整する。
図８に、本実施の形態の内燃機関の１つの気筒において、圧縮行程における燃焼室の圧力の変化を示すグラフを示す。横軸がクランク角度であり、縦軸が燃焼室の圧力である。実線で気体ばねの漏れがない場合を示し、破線で気体ばねの漏れがある場合を示している。圧縮行程において吸気弁および排気弁が閉じると、燃焼室の圧力が上昇する。気体ばねから燃焼室への気体の漏れが生じていると、燃焼室の圧力は、気体の漏れがない場合に比べて速く上昇する。
本実施の形態においては、点火時期から所定の角度α°前の時に、燃焼室の圧力を検出する。クランク角度（点火時期−α）°のときの気体ばねの漏れがない場合には、燃焼室は圧力ＰＣＣＳになる。これに対して、同じクランク角度（点火時期−α）°において、気体ばねの漏れがある場合の燃焼室は、例えば圧力ＰＣＣＨになる。漏れがある場合の燃焼室の圧力ＰＣＣＨは、漏れがない場合の燃焼室の圧力ＰＣＣＳよりも高くなる。本実施の形態においては、クランク角度（点火時期−α）°における燃焼室の圧力を検出して、検出した燃焼室の圧力により気体ばねの漏れがあるか否かの判別を行う。
図９に、本実施の形態における第１の漏れ検出制御のフローチャートを示す。本実施の形態の漏れ検出制御においては、運転期間中に気体ばねから燃焼室に向かって漏れがあるか否かを検出する。本実施の形態の漏れ検出制御においては、それぞれの気筒ごとに気体ばねの漏れがあるか否かを判別している。
始めにステップ１６１において圧縮行程の気筒ｉを検出する。クランク角センサによりクランク角度を検出し、圧縮行程の気筒ｉを検出することができる。
次に、ステップ１６２において、クランク角度が気筒ｉの点火時期から所定の角度α°前であるか否かを判別する。クランク角度が（点火時期−α）°でない場合には、この角度になるまでステップ１６２を繰り返す。ステップ１６２において、クランク角度が（点火時期−α）°である場合には、ステップ１６３に移行する。
ステップ１６３においては、気筒ｉの燃焼室の圧力ＰＣＣＸを検出する。図２および図３を参照して、燃焼室の圧力は、筒内圧センサ７５により検出することができる。
次に、ステップ１６４において、機関吸気通路の圧力を検出する。機関吸気通路を通って燃焼室に流入する空気の圧力を検出する。図１を参照して、機関吸気通路の圧力は、サージタンク１４に取り付けられた圧力センサ４３により検出することができる。
次に、ステップ１６５において、圧力判定値ＰＣＣＤを読み込む。本実施の形態における内燃機関は、気体ばねの気体の漏れを判定するための圧力判定値ＰＣＣＤを有する。本実施の形態においては、クランク角度が（点火時期−α）°の時の機関吸気通路の圧力を関数にする圧力判定値ＰＣＣＤが電子制御ユニット３１に記憶されている。図８を参照して、圧力判定値ＰＣＣＤは、漏れがない場合の燃焼室の圧力ＰＣＣＳよりも大きな値を採用することができる。
次に、ステップ１６６においては、燃焼室の圧力ＰＣＣＸが圧力判定値ＰＣＣＤよりも大きいか否かを判別する。ステップ１６６において、燃焼室の圧力ＰＣＣＸが、圧力判定値ＰＣＣＤよりも大きい場合には、漏れが生じていると判別する。この場合には、ステップ１６７に移行する。ステップ１６７においては、漏れ判定フラグを１にする。本実施の形態においては、任意の判定フラグを定めた場合には電子制御ユニットにて保存している。
ステップ１６６において、燃焼室の圧力ＰＣＣＸが圧力判定値ＰＣＣＤ以下の場合には、気体ばねからの空気の漏れ量が零か、または空気の漏れ量が許容範囲内であると判別する。この場合には、ステップ１６８に移行する。ステップ１６８においては、漏れ判定フラグを０にする。
このように、内燃機関の運転期間中に、気体ばねからの気体の漏れがあるか否かを判別することができる。
図１０に、本実施の形態における停止時の制御のフローチャートを示す。図１０は、内燃機関を停止すべきときに補正制御としての位置調整制御を行なうか否かを判別するフローチャートである。
ステップ１７１においては、内燃機関の停止要求を検出する。
次に、ステップ１７２においては、漏れ判定フラグが１であるか否かを判別する。本実施の形態における漏れ検出制御においては、それぞれの気筒ごとに気体ばねから空気が漏れているか否かを判別することができる。ステップ１７２においては、たとえば、少なくとも一つの気筒において漏れ判定フラグが１である場合に、ステップ１７３に移行することができる。または、予め定められた１つの気筒において漏れ判定フラグが１である場合には、ステップ１７３に移行することができる。
ステップ１７３においては、停止位置調整制御を行なって内燃機関を停止する。ステップ１７２において、漏れ判定フラグが１でない場合には、漏れ判定フラグは０である。この場合には、ステップ１７４に移行する。ステップ１７４においては、通常の停止制御を行う。すなわち、停止位置調整制御を行わずに内燃機関を停止する。
このように、本実施の形態の内燃機関は、運転期間中に気体ばねから燃焼室に向かって気体の漏れかあるか否かを判別し、漏れがある場合には停止位置調整制御を行ないながら内燃機関を停止させることができる。
図１１に、本実施の形態における第２の漏れ検出制御のフローチャートを示す。第２の漏れ検出制御においては、運転期間中に気体ばねの内部の圧力を検出することにより気体ばねから漏れがあるか否かの判別を行う。
ステップ１８１においては、運転期間中に気体ばねへの気体の供給を停止する。図２および図３を参照して、例えば、それぞれの気体ばね５０ａ〜５０ｄに接続されている流路に配置されている圧力調整弁８５を閉じる制御を行う。気体ばね５０ａ〜５０ｄのガス室６１の密閉状態を維持する制御を行う。
次に、ステップ１８２において、気体ばね５０ａ〜５０ｄのガス室６１の圧力ＰＧＳＸを検出する。副室用ピストン５５が予め定められた位置であるときに、ガス室６１の圧力を検出する。たとえば、副室用ピストン５５が筒状部材５１の底部に着底している時のガス室６１の圧力を検出する。図３を参照して、ガス室６１の圧力は、例えば、それぞれの気体ばね５０ａ〜５０ｄに対応して配置されている圧力センサ７４により検出することができる。
次に、ステップ１８３において、予め定められた時間の間待機する。
次に、ステップ１８４において、予め定められた時間の経過後に、気体ばね５０ａ〜５０ｄのガス室６１の圧力ＰＧＳＹを検出する。ステップ１８４においては、ステップ１８２と同様に、副室用ピストン５５が予め定められた位置になった時のガス室６１の圧力を検出する。例えば、副室用ピストン５５が、筒状部材５１の底部に着底している時のガス室６１の圧力を検出する。
次に、ステップ１８５においては、ガス室の圧力ＰＧＳＸからガス室の圧力ＰＧＳＹを減算した値が、予め定められた判定値よりも大きいか否かを判別する。気体ばねから気体が漏れている場合には、ステップ１８３において所定の時間待機している間に、ガス室６１の圧力が低下する。すなわち、気体ばねから気体が漏れている場合には、圧力降下量（ＰＧＳＸ−ＰＧＳＹ）が大きくなる。ステップ１８５において、圧力降下量（ＰＧＳＸ−ＰＧＳＹ）が判定値よりも大きい場合には、気体ばねから空気が漏れていると判別することができる。この場合には、ステップ１８６に移行する。ステップ１８６においては、漏れ判定フラグを１にする。
ステップ１８５において、圧力降下量（ＰＧＳＸ−ＰＧＳＹ）が判定値以下である場合には、気体ばねの空気の漏れ量が零か、または空気の漏れ量が許容範囲内と判別することができる。この場合には、ステップ１８７に移行する。ステップ１８７においては、漏れ判定フラグを０にする。
このように、本実施の形態の第２の漏れ検出制御においても、気体ばねから燃焼室に向かって気体の漏れがあるか否かを判別することができる。第２の漏れ検出制御を行った後には、たとえば、前述の図１０に示す停止時の制御により、停止位置調整制御を行うか否かを判別することができる。
本実施の形態においては、運転期間中の燃焼室の圧縮行程における圧力または運転期間中の気体ばねの圧力を検出することにより、気体ばねからの気体の漏れを検出したが、この形態に限られず、気体ばねから燃焼室に向かう気体の漏れを検出できる任意の漏れ検出装置を採用することができる。または、停止期間中に任意の方法により気体ばねの漏れを検出し、漏れ判定フラグを保存しておいても構わない。
また、本実施の形態における第１の漏れ検出制御においては、気体ばねから空気が漏れた時の燃焼室の圧力を検出している。第２の漏れ検出制御においては、気体ばねのガス室の圧力降下量を算出している。これらの燃焼室の圧力および気体ばねの圧力降下量から、気体ばねの気体の漏れ量を算出することができる。換言すれば、本実施の形態における漏れ検出制御では、運転期間中の気体ばねの空気の漏れ量を推定し、空気の漏れ量が予め定められた判定値よりも大きい場合には、気体の漏れが生じていると判別している。このように、推定した空気の漏れ量が予め定められた判定値よりも大きい場合に補正制御を行うことにより、漏れが生じているか否かをより正確に判別することができて、実質的に漏れが生じていないときに補正制御を行うことを回避できる。
気体ばねの漏れを判別する漏れ検出装置としては、上記に限られず、任意の装置で気体ばねに漏れが生じているか否かを判別することができる。
次に、本実施の形態における補正制御を禁止する制御について説明する。
内燃機関は、自動的に燃焼室における燃焼を一時的に停止させる停止装置を備える場合がある。使用者の判断に依存せずに内燃機関の運転状況を検出して、停止装置が燃焼室における燃焼を一時的に停止させる場合がある。例えば、内燃機関が自動車に配置されている場合に、信号待ちや渋滞時等により走行を停止している期間中に、燃焼室における燃焼を一時的に停止させる場合がある。または、自動車が、走行のための内燃機関と走行用モータとを備えるハイブリッド自動車の場合には、走行用モータのみで走行を行なう期間には、内燃機関を一時的に停止させる場合がある。
このような停止装置による停止の場合には、停止時間が短いために気体ばねの漏れに対応する補正制御を行う必要性が小さい。すなわち、気体ばねに漏れが生じていたとしても漏れ量が少ないと判断することができる。このため、停止装置により燃焼室における燃焼を停止する場合には、補正制御を禁止する制御を行うことができる。過剰に補正制御を行うことを回避できる。
図１２に、本実施の形態における第１の補正禁止制御のフローチャートを示す。第１の補正禁止制御においては、停止装置が燃焼室における燃焼を停止させた場合には、補正制御を禁止する。
始めに、ステップ１９１においては、燃焼室における燃料の燃焼の停止要求を検出する。本実施の形態における停止装置は、要求される負荷が零であり、自動車の速度が零のときに燃焼室における燃料の燃焼を一時的に停止させる。
次に、ステップ１９２においては、停止装置により燃焼室における燃焼の停止要求が発信されているか否かを判別する。ステップ１９２において、停止装置により停止要求が発信されている場合には、ステップ１９３に移行する。この場合には、内燃機関の停止が一時的であり、短時間の経過後に燃焼室における燃焼を開始すると判別することができる。ステップ１９３においては、補正制御禁止フラグを１にする。すなわち、補正制御を禁止する。
ステップ１９２において、停止要求が停止装置により発信されていない場合には、ステップ１９４に移行する。たとえば、使用者によるイグニッションスイッチの操作により、停止要求が発信されている場合には、ステップ１９４に移行する。この場合には、内燃機関の停止が長時間であると判別することができる。ステップ１９４においては、補正制御禁止フラグを０にする。すなわち、補正制御を許可する。
図１３に、本実施の形態における補正制御の実施を判別する制御のフローチャートを示す。図１２に示す補正禁止制御において定められた補正制御禁止フラグに基づいて、補正制御を行ったり補正制御を行わなかったりする。
ステップ２２１においては、補正制御禁止フラグが１であるか否かを判別する。補正制御禁止フラグが１である場合には、ステップ２２２に移行する。ステップ２２２においては、補正制御が禁止されているために燃焼室における燃焼の通常停止を行う。
ステップ２２１において、補正制御禁止フラグが１でない場合には、ステップ２２３に移行する。ステップ２２３においては、補正制御を伴って燃焼室における燃焼を停止する。本実施の形態においては、停止位置調整制御を伴って燃焼室における燃焼を停止する。
図１２および図１３に示す補正制御を禁止する制御は、図１０に示す停止時の制御と組み合わせることができる。たとえば、図１２および図１３に示すように補正制御が禁止されるか否かを判別した後に、図１０に示す気体ばねの漏れがあるか否かの判別を行うことができる。
このように、内燃機関の停止装置が、燃焼室における燃焼を停止させる場合には、漏れに対応する補正制御を禁止する制御を行なうことができる。本実施の形態における停止装置は、渋滞時等に燃焼室における燃料の燃焼を停止させる装置を例に取り上げて説明したが、この形態に限られず、燃費の向上等により自動的に燃焼室における燃焼を停止する任意の停止装置を採用することができる。
ところで、内燃機関の要求負荷が零のときに、使用者が内燃機関を手動で停止させる場合がある。本実施の形態における内燃機関は、使用者が燃焼室における燃焼の開始および燃焼の停止を切替える切替え装置を備える。本実施の形態における切替え装置は、イグニッションスイッチを含む。本実施の形態におけるイグニッションスイッチは、燃焼室における燃料の燃焼を停止させるための停止位置として「切」の位置を含む。
図１４に、本実施の形態における内燃機関の電子制御ユニットに接続されている機器の概略図を示す。イグニッションスイッチ１４６は、電子制御ユニット３１に接続されている。イグニッションスイッチ１４６の出力信号は、電子制御ユニット３１に入力される。使用者がイグニッションスイッチ１４６を停止位置にすることにより燃焼室における燃料の燃焼が停止する。
本実施の形態における内燃機関は、使用者がイグニッションスイッチ１４６により燃焼室における燃焼を停止した場合に、予め定められた時間内に燃焼室における燃焼を開始するか否かを予測する再始動予測装置を備える。再始動予測装置が予め定められた時間内に燃焼室における燃焼を開始すると予測した場合には、補正制御を禁止する制御を行う。
例えば、内燃機関が自動車に配置されている場合に、渋滞などにより自動車が停止する場合がある。このときに、燃焼室における燃料の燃焼を使用者が停止させる場合がある。この場合には、短時間の経過後に燃焼室における燃焼が開始されるために、補正制御を禁止する制御を行なうことができる。過剰に補正制御を行うことを回避できる。
本実施の形態における第１の再始動予測装置は、車線維持支援装置１４７を含む。車線維持支援装置１４７の出力は、電子制御ユニット３１に入力される。本実施の形態における車線維持支援装置１４７は、自動車の走行中に白線同士に挟まれる車線から自動車が逸脱する場合に、運転者のハンドル操作を補助する装置である。本実施の形態における車線維持支援装置１４７は、車線内の自動車の位置を検出可能に形成されている。車線維持支援装置１４７は、自動車の前方を撮影する監視カメラと、監視カメラの映像を解析する解析装置とを含む。道路に描かれている白線を監視カメラで撮影し、撮影した映像を解析することにより、白線同士の範囲内における自動車の位置を検出することができる。
図１５に、本実施の形態における第２の補正禁止制御のフローチャートを示す。
ステップ２０１においては、イグニッションスイッチが停止位置になったことを検出する。すなわち、使用者がイグニッションスイッチを「切」の位置にしたことを検出する。
ステップ２０２においては、道路上の自動車の位置を検出する。本実施の形態の第２の補正禁止制御においては、車線維持支援装置１４７により車線における自動車の位置を検出する。
ステップ２０３においては、自動車の位置が車線のほぼ中央か否かを判別する。すなわち、白線で挟まれる領域のほぼ中央であるか否かを判別する。ステップ２０３において、自動車の位置が車線のほぼ中央である場合には、ステップ２０４に移行する。この場合には、運転者が自動車を長時間停止させる可能性が小さいと予測することができる。短時間の経過後に燃焼室における燃焼を開始すると予測することができる。ステップ２０４においては、補正制御禁止フラグを１にする。すなわち、補正制御を禁止する。
ステップ２０３において、自動車の位置が車線のほぼ中央でない場合には、ステップ２０５に移行する。この場合には、自動車の位置が車線の端部であるために、長時間にわたって自動車を停車すると予測することができる。ステップ２０５においては、補正制御禁止フラグを０にする。すなわち、補正制御を許可する。
このように、車線維持支援装置により、燃焼室における燃焼の停止が予め定められた時間内か否かを予測することができる。すなわち、燃焼室における燃焼の停止が短時間か長時間かを予測することができる。
次に、本実施の形態における第２の再始動予測装置について説明する。第２の再始動予測装置は、車両用ナビゲーション装置を含む。図１４を参照して、本実施の形態における車両用ナビゲーション装置１４８は、地図上における自動車の現在の位置を検出することができる。車両用ナビゲーション装置１４８の出力は、電子制御ユニット３１に入力される。地図上における自動車の位置が電子制御ユニット３１に送信される。第２の再始動予測装置は、車両用ナビゲーション装置１４８の出力により、燃焼室における燃焼の停止が短時間か否かを予測することができる。
図１６に、本実施の形態における第３の補正禁止制御のフローチャートを示す。ステップ２１１においては、イグニッションスイッチが停止位置になったことを検出する。
次に、ステップ２１２においては、車両用ナビゲーション装置により自動車の現在の位置を検出する。
次に、ステップ２１３において、自動車の現在の位置が主要道路上であるか否かを判別する。主要道路は、たとえば恒常的に自動車が通行している道路を含む。ステップ２１３において、自動車の現在の位置が主要道路上である場合には、ステップ２１４に移行する。自動車の現在の位置が主要道路上である場合には、短時間の停止であると予測することができる。例えば、信号による停止や渋滞等による短時間の停止であると予測することができる。ステップ２１４においては、補正制御禁止フラグを１にする。すなわち、補正制御が禁止される。
ステップ２１３において、自動車の現在の位置が主要道路上でない場合には、ステップ２１５に移行する。この場合には、例えば、車両が所定の施設の駐車場に入っている場合、または自宅に戻った場合が含まれる。
ステップ２１５においては、補正制御禁止フラグを０にする。すなわち、補正制御が許可される。
本実施の形態における第２の補正禁止制御および第３の補正禁止制御についても第１の補正禁止制御と同様に、補正禁止制御を行った後に、図１３に示す制御を行って内燃機関を停止させることができる。
このように、本実施の形態における内燃機関は、短時間の間に燃焼室における燃焼を開始するか否かを予測し、予測した結果に基づいて気体ばねの気体の漏れに対応する補正制御を行うか否かを判別することができる。
図２および図３を参照して、本実施の形態における容積可変装置は、燃焼室５ａに連通する副室６０の容積が変化する。すなわち、燃焼室５ａに連通する空間の容積が変化するように形成されているが、この形態に限られず、容積可変装置は、燃焼室の容積が変化するように形成されていても構わない。
図１７に、本実施の形態における他の容積可変装置の部分の破断斜視図を示す。本実施の形態における他の容積可変装置は、気体ばねがピストンの内部に形成されている。本実施の形態における他の容積可変装置は、ピストン６３を含む。ピストン６３は、ピストン本体６４とピストン本体６４の上部を覆うように形成されている覆い部材６５とを含む。ピストン本体６４と覆い部材６５とは、矢印５５１に示すように、互いに相対移動する。気体ばねは、ピストン本体６４と覆い部材６５とを含む。ピストン本体６４の上面と覆い部材６５とにより気体ばねのガス室６６が構成されている。
ピストン本体６４は、筒状に形成されている。ピストン本体６４は、コネクティングロッドに接続するためのピストンピンを挿入するための穴部６４ａを有する。覆い部材６５は、ピストン６３の冠面を構成する天板６５ａを有する。ピストン本体６４の側面には、溝部６４ｃが形成されている。溝部６４ｃには、燃焼室からクランクケースに燃焼ガスが漏れることを抑制するピストンリング等が配置される。覆い部材６５は、ストッパー部として機能する係止部６５ｂを有する。本実施の形態における係止部６５ｂは、ピストン本体６４に形成された窪み部６４ｂの内部に配置されている。
ピストン６３は、ガス室６６からの気体の漏れを抑制する封止部材としてのピストンリング６７を有する。ピストンリング６７は、ピストン本体６４と覆い部材６５とが接触する領域に配置されている。
気体ばねのガス室６６の内部には、加圧された気体が封入されている。ガス室６６には、制御圧力に対応した圧力にて気体が封入されている。他の容積可変装置は、燃焼室の圧力が制御圧力に到達したときに気体ばねが縮む。この結果、燃焼室の容積が増加して燃焼室の圧力上昇を抑制することができる。このような容積可変装置においても、本実施の形態における補正制御を行うことができる。
本実施の形態の内燃機関は、気体ばねの内部に空気が封入されているが、この形態に限られず、気体ばねの内部には任意の気体を封入することができる。また、本実施の形態においては、４気筒の内燃機関を例に取り上げて説明したが、この形態に限られず、任意の数の気筒を有する内燃機関に本発明を適用することができる。
実施の形態２
図１８から図４９を参照して、実施の形態２における内燃機関について説明する。本実施の形態における容積可変装置の構成は、実施の形態１における内燃機関の容積可変装置の構成と同様である（図１から図３参照）。本実施の形態においては、内燃機関を始動すべきときに気体ばねの気体の漏れにより生じる運転状態への影響を補正する補正制御について説明する。
図２を参照して、本実施の形態における内燃機関の停止期間中には、気体ばね５０ａ〜５０ｄのガス室６１が加圧された状態で密閉されている。停止期間中においては、全ての気筒の圧力調整弁８５および空気排出弁８４が閉止している。
図１８は、本実施の形態における第１の補正制御のフローチャートである。第１の補正制御においては、内燃機関が停止しているときに、圧縮行程の吸気弁が閉じる位置からピストンが圧縮上死点に到達するまでの区間内にある特定気筒を検出する。補正制御装置は、内燃機関を始動すべきときに、特定気筒の気体ばねへの気体の供給を禁止する補正制御を行う。
始めに、ステップ２３１においては、内燃機関の始動要求を検出する。
次に、ステップ２３２においては、複数の気筒のうち特定気筒があるか否かを検出する。すなわち、図５を参照して、クランキングが困難な区間内にて停止している気筒を検出する。特定気筒は、クランク角度を検出することにより特定することができる。ステップ２３２において、特定気筒がない場合には、ステップ２４１に移行して通常の始動制御を行う。ステップ２３２において、特定気筒がある場合には、ステップ２３３に移行する。本実施の形態においては、第１気筒が特定気筒である場合を例に取り上げて説明する。
ステップ２３３においては、特定気筒以外の気筒の気体ばねのガス室に空気を供給する。本実施の形態においては、第２気筒、第３気筒および第４気筒の気体ばねのガス室の圧力が制御圧力に対応する圧力になるように空気を供給する。図２を参照して、圧縮機７２を駆動して気体ばね５０ｂ，５０ｃ，５０ｄに対応する圧力調整弁８５を開くことにより、第１気筒以外の気筒の気体ばね５０ｂ，５０ｃ，５０ｄに空気を供給する。このときに、第１気筒の気体ばね５０ａにおいては、圧力調整弁８５を閉止状態に維持することにより加圧を避ける。
次に、ステップ２３４においては、クランキングを開始する。本実施の形態においては、始動機によりクランクシャフト４６を回転させる。
次に、ステップ２３５において、クランキング開始後の１回目の燃焼サイクルにおいて、特定気筒における燃料の燃焼を行わずにクランキングを継続する。クランクシャフト４６の回転が開始したときに、最初に第１気筒のピストンが圧縮上死点に到達する。第１気筒の１回目の燃焼サイクルにおいては、点火を行わないでクランキングを行う。
次に、ステップ２３６において、特定気筒の次に圧縮行程になる気筒においては、点火を行うことにより燃焼室における燃焼を行なう。本実施の形態においては、第１気筒の次には第３気筒が圧縮行程になる。ステップ２３６においては、第３気筒において燃料の燃焼を行なう。
次に、ステップ２３７において、特定気筒の気体ばねに空気を供給する。図３を参照して、第１気筒の気体ばね５０ａに対応する圧力調整弁８５を開くことにより、第１気筒の気体ばね５０ａに空気を供給する。気体ばね５０ａのガス室６１の圧力を、予め定められた制御圧力に対応する圧力にする。
次に、ステップ２３８において、特定気筒の２番目の後に圧縮行程になる気筒において燃料の燃焼を行なう。本実施の形態においては、第４気筒において燃料の燃焼を行なう。更に、ステップ２３９において、特定気筒の３番目の後に圧縮行程になる気筒において燃料の燃焼を行なう。本実施の形態においては、第２気筒にて燃料の燃焼を行なう。ステップ２３９が終了することにより１回目の燃焼サイクルが終了する。
次に、ステップ２４０においては、特定気筒において燃料の燃焼を行なう。２回目の燃焼サイクルが開始して、特定気筒が圧縮行程になる。２回目の燃焼サイクルにおいては、第１気筒にて燃料の燃焼を行なう。
次に、ステップ２４１においては、通常の始動制御に移行する。たとえば、全ての気筒の気体ばねを密閉した状態で、始動機により機関本体のクランクシャフトの回転を継続する。全ての気筒において燃料の供給および点火を行うことにより内燃機関を始動することができる。
図１９に、本実施の形態における第１の補正制御のタイムチャートを示す。時刻ｔ１において内燃機関の始動要求が検出されて始動を開始している。特定気筒としての第１気筒以外の第３気筒、第４気筒および第２気筒には、気体供給装置により気体ばねに空気を供給して、気体ばねのガス室の圧力を上昇させる。第３気筒、第４気筒および第２気筒の気体ばねの圧力が予め定められた圧力に到達したら、時刻ｔ２において始動機を始動させる。
第１気筒、第３気筒、第４気筒および第２気筒が、この順に圧縮行程および膨張行程になる。第１気筒における燃料の燃焼を行わずに、第３気筒、第４気筒および第２気筒では燃料の燃焼を行なう。第１気筒以外の気筒が圧縮行程および膨張行程を行っている間に、時刻ｔ３において第１気筒の気体ばねに気体を供給して、予め定められた圧力まで上昇させる。この後に通常の始動制御に移行する。
このように、本実施の形態の第１の補正制御においては、クランキングが困難な区間内で停止している特定気筒を検出し、１回目の燃焼サイクルでは、特定気筒の気体ばねに空気を供給せずに始動を行っている。
内燃機関の停止期間中には、気体ばねから燃焼室に向かって空気が漏れて、特定気筒においては燃焼室の圧力が高くなっている場合がある。第１の補正制御においては、特定気筒が１回目の圧縮行程を終了するまでは、すなわち、特定気筒のピストンが圧縮上死点に到達するまでは、特定気筒の気体ばねへの空気の供給を停止する。この制御を行なうことにより、気体ばねからの空気の漏れによりクランキングに必要な力が大きくなることを抑制することができる。始動のためのクランクシャフトの回転を安定して行うことができる。
特定気筒において停止期間中に気体ばねから燃焼室に空気が漏れた場合には、クランキングを行うために必要な始動機の駆動力が大きくなる。このために、内燃機関は、駆動力の大きな始動機を備える必要がある。本実施の形態における第１の補正制御を行なうことにより、特定気筒において１回目の圧縮行程において到達する燃焼室の圧力を低くすることができて、駆動力の小さな始動機にて始動を行うことができる。たとえば、内燃機関を長時間停止することにより、気体ばねの圧力と燃焼室の圧力とが等しくなる。クランキングを開始したときに特定気筒のピストンが上昇すると、燃焼室の圧力上昇に伴って気体ばねの副室用ピストンが移動する。副室用ピストンが移動することにより、副室の容積が大きくなって燃焼室の圧力上昇を抑制することができる。
本実施の形態においては、特定気筒の次に圧縮行程を行う気筒にて燃料の燃焼を行なった後に、特定気筒の気体ばねに空気を供給しているが、この形態に限られず、特定気筒の１回目の圧縮行程の終了後から、特定気筒の燃焼室にて燃焼を行なうまでの任意の期間に気体ばねに空気を供給することができる。たとえば、クランキングを開始した後の複数回の燃焼サイクルの期間中は、特定気筒の気体ばねの加圧および燃料の燃焼を停止しても構わない。
また、本実施の形態の第１の補正制御においては、クランキングの１回目の燃焼サイクルにおいて、特定気筒の気体ばねの圧力を減少させる制御を行っても構わない。図２および図３を参照して、例えば、クランキングを開始する前に特定気筒を検出し、特定気筒の気体ばねに接続されている空気排出弁８４を開くことにより、特定気筒における気体ばねのガス室の圧力を低下させることができる。この制御を行なうことにより、より安定した始動を行なうことができる。
本実施の形態における第１の補正制御においては、特定気筒を検出しているが、この形態に限られず、始めに圧縮工程になる気筒を検出して、その気筒の１回目の圧縮行程が終了するまでは、その気筒の気体ばねに対する気体の供給を停止する制御を行っても構わない。
次に、本実施の形態における第２の補正制御について説明する。第２の補正制御を行なう内燃機関は、電磁駆動式の開閉弁を備え、内燃機関を始動すべきときに、開閉弁を開く制御を行う。本実施の形態における開閉弁は、それぞれの気筒における燃焼サイクルの行程に依存せずに、任意の時期に開閉を行なうことができる。本実施の形態における電磁駆動式の開閉弁は、排気弁を含む。
図２０に、本実施の形態における第２の補正制御を行なう内燃機関の排気弁の部分の概略断面図を示す。第２の補正制御を行う内燃機関は、排気弁８を駆動するための電磁駆動装置１００を備える。電磁駆動装置１００は電磁石を含み、電磁石の磁力により排気弁８を開閉することができる。
本実施の形態における電磁駆動装置１００は、筐体１０１ａ〜１０１ｃを含む。本実施の形態における筐体１０１ａ〜１０１ｃは、シリンダヘッド４に支持されている。筐体１０１ａの内部には、上側コア１０２と下側コア１０３とが配置されている。筐体１０１ｂの内部には、コイルスプリング１０８が配置されている。筐体１０１ｃの内部には、コイルスプリング１０９が配置されている。
上側コア１０２および下側コア１０３は、磁性体で形成されている。上側コア１０２および下側コア１０３は、筐体１０１ａに固定されている。上側コア１０２の内部には、上側コイル１０４が配置されている。下側コア１０３の内部には、下側コイル１０５が配置されている。上側コイル１０４は、励磁するために電力を供給する電力供給装置１０６に接続されている。下側コイル１０５は、励磁するために電力を供給する電力供給装置１０７に接続されている。それぞれの電力供給装置１０６，１０７は、電子制御ユニット３１に制御されている。
排気弁８の棒状のステム８ａは、上側コア１０２および下側コア１０３を貫通している。ステム８ａは、上側コア１０２および下側コア１０３の内部を移動可能に形成されている。ステム８ａには、それぞれのコイルスプリング１０８，１０９を押圧するためのスプリングリテーナ１１０，１１１が固定されている。排気弁８は、コイルスプリング１０８により、矢印５６１に示す方向に付勢されている。排気弁８は、コイルスプリング１０９により、矢印５６２に示す方向に付勢されている。
電磁駆動装置１００は、ステム８ａに固定されている可動子１１２を含む。可動子１１２は、上側コア１０２と下側コア１０３との間に配置されている。可動子１１２は、磁性体で形成されている。上側コイル１０４および下側コイル１０５に通電されていないときには、排気弁８は、コイルスプリング１０８，１０９の付勢力により、中立位置に維持される。筐体１０１ｃには、排気弁８の位置を検出するためのリフトセンサ１１３が取り付けられている。リフトセンサ１１３は、移動方向における排気弁８の位置を検出可能に形成されている。リフトセンサ１１３の出力は、電子制御ユニット３１に入力される。
排気弁８を閉じるときには、電力供給装置１０６が上側コイル１０４に通電して上側コア１０２を励磁する。可動子１１２が上側コア１０２に引き寄せられることにより排気弁８が閉じる。排気弁８を開くときには、電力供給装置１０７が下側コイル１０５に通電して下側コア１０３を励磁する。可動子１１２が下側コア１０３に引き寄せられることにより、排気弁８が開く。
図２１に、本実施の形態における第２の補正制御のフローチャートを示す。
始めに、ステップ２５１においては、内燃機関が停止しているときに始動要求を検出する。
次に、ステップ２５２においては、特定気筒があるか否かを検出する。すなわち、内燃機関が停止しているときに、圧縮行程の吸気弁が閉じる位置からピストンが圧縮上死点に到達するまでの区間内にて停止している気筒があるか否かを検出する。特定気筒がない場合には、ステップ２５４に移行して通常の始動制御を行う。特定気筒がある場合には、ステップ２５３に移行する。
次に、ステップ２５３においては、特定気筒において排気弁の開閉を行なう。特定気筒において排気弁の開閉を行なうことにより、特定気筒の燃焼室に貯留する気体を機関排気通路に排出することができる。停止期間中に気体ばねからの漏れにより、燃焼室の圧力が高くなっている場合にも燃焼室の圧力を下げることができる。
ステップ２５４においては、通常の始動制御を行なう。すなわち、始動機を駆動させてクランキングを行なう。全ての気筒の燃焼室において燃料の燃焼を行なうことにより、内燃機関が始動する。
図２２に、本実施の形態における第２の補正制御のタイムチャートを示す。時刻ｔ１において、内燃機関の始動要求が検出されている。時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間において、特定気筒の排気弁を開く制御を行っている。時刻ｔ２において、始動機を始動してクランキングを開始している。時刻ｔ３において、クランキングが終了している。このように、第２の補正制御においては、内燃機関を始動すべきときに特定気筒の排気弁を開く制御を行っている。
図２３に、始動時の燃焼室の圧力と始動時間との関係を説明するグラフを示す。横軸が始動時の燃焼室の圧力であり、縦軸が始動時間である。燃焼室の圧力が高くなるほど、始動時間が長くなることが分かる。また、燃焼室の圧力が圧力Ｐｔｈよりも大きな範囲では、始動機の駆動力が不足して始動が不可能になることが分かる。
本実施の形態の第２の制御においては、停止期間中に特定気筒の燃焼室の圧力が高くなっている場合にも、圧力を下げてクランキングを開始することができる。このために、安定した始動を行うことができる。または、始動時間を短くすることができる。たとえば、図２３を参照して、始動時の燃焼室の圧力が圧力Ｐｔｈよりも高くなっている場合には、燃焼室を圧力Ｐｔｈ未満にして始動を開始することができる。
本実施の形態の第２の補正制御においては、特定気筒を検出し、特定気筒の排気弁を開く制御を行っているが、この形態に限られず、特定気筒を検出せずに全ての気筒において、開閉弁の開閉を行っても構わない。また、開閉弁を開く制御としては、排気弁に限られず、吸気弁および排気弁のうち少なくとも一方の弁を開く制御を行なうことができる。
また、開閉弁を開く制御においては、開閉弁の移動量を調整しても構わない。たとえば、本実施の形態の第２の補正制御においては、燃焼室に貯留している空気を逃すことができれば良いために、開閉弁の移動量を通常運転時の開閉弁の移動量よりも小さくしても構わない。図２０を参照して、開閉弁の移動量の制御は、上側コイル１０４および下側コイル１０５のうち、少なくとも一方に供給する電力量を調整することにより行なうことができる。
なお、開閉弁を開閉する装置は、電磁駆動装置に限られず、内燃機関を始動すべきときに、開閉弁を開閉することができる任意の装置を採用することができる。
次に、本実施の形態の第３の補正制御について説明する。第３の補正制御においては、内燃機関を始動すべきときに、内燃機関の出力軸を逆回転することにより開閉弁を開ける。特定気筒の燃焼室に貯留されている気体を機関吸気通路または機関排気通路に放出させる制御を行なう。本実施の形態の第３の補正制御においては、３気筒の内燃機関を例に取り上げて説明する。第３の補正制御を行う内燃機関は、出力軸と開閉弁のカムとが連動している。すなわち、クランクシャフトの回転が吸気カムおよび排気カムに伝達され、吸気カムおよび排気カムが回転している。
図２４は、本実施の形態における第３の補正制御を行なう内燃機関の燃焼サイクルの行程図である。第３の補正制御を行う内燃機関は、第１気筒、第３気筒および第２気筒が、この順に点火される。３気筒の内燃機関においても、いずれかの気筒がクランキングが困難な区間で停止する場合がある。すなわち、圧縮行程において吸気弁が閉じる位置からピストンが圧縮上死点に到達するまでの区間で停止する特定気筒がある場合がある。内燃機関を停止したときに、特定気筒がある場合にはクランキングが不安定または不可能になる。
図２５に、本実施の形態における内燃機関の始動機の概略図を示す。本実施の形態における始動機は、始動モータ１１５ａを備える。始動モータ１１５ａは、モータ軸１１９ａを有する。モータ軸１１９ａには、ピニオンギヤ１１８ａが嵌め込まれている。ピニオンギヤ１１８ａは、モータ軸１１９ａの延びる方向に沿って移動可能なように形成されている。クランクシャフト４６には、リングギヤ１２０が接続されている。
本実施の形態における始動機は、ピニオンギヤ１１８ａを移動させるためのマグネットスイッチ１１６ａを有する。マグネットスイッチ１１６ａは、レバー１１７ａの一方の端部に接続されている。レバー１１７ａは、支点１２１を中心に揺動可能に形成されている。レバー１１７ａの他方の端部は、ピニオンギヤ１１８ａに接続されている。始動モータ１１５ａおよびマグネットスイッチ１１６ａは、電子制御ユニット３１により制御されている。
エンジンを始動する場合には、マグネットスイッチ１１６ａが駆動することにより、レバー１１７ａの一方の端部が、矢印５６３に示す方向に移動する。レバー１１７ａが揺動することにより、ピニオンギヤ１１８ａは、矢印５６４に示す方向に移動する。ピニオンギヤ１１８ａと、リングギヤ１２０とが噛み合う。始動モータ１１５ａが駆動することにより、ピニオンギヤ１１８ａが回転する。ピニオンギヤ１１８ａが回転することにより、矢印５６５に示す向きに、リングギヤ１２０が回転する。ここで、矢印５６５は、通常運転時における回転方向であり、正回転の方向である。リングギヤ１２０が回転することにより、クランクシャフト４６が回転して内燃機関の始動を行なうことができる。内燃機関の始動が完了したら、マグネットスイッチ１１６ａが駆動することにより、ピニオンギヤ１１８ａがリングギヤ１２０から離される。
第３の補正制御においては、内燃機関を始動すべきときに、内燃機関の出力軸としてのクランクシャフトを逆回転させる。本実施の形態においては、始動機を逆回転させる制御を行う。
図２６に、本実施の形態における第３の補正制御のフローチャートを示す。第３の補正制御においては、第１気筒が特定気筒である場合を例に取り上げて説明する。すなわち、第１気筒がクランキングが困難な区間で停止している場合を例に取り上げて示す。
始めに、ステップ２６１において、内燃機関が停止しているときに始動要求を検出する。
次に、ステップ２６２において、内燃機関のクランクシャフトを始動機により逆回転させる。本実施の形態においては、予め定められた回転角度でクランクシャフトを逆回転させる。図２５を参照して、本実施の形態においては、始動モータ１１５ａを逆回転させることにより、リングギヤ１２０を逆回転させる。リングギヤ１２０は、矢印５６５の向きと反対向きに回転する。リングギヤ１２０が逆回転することにより、クランクシャフト４６が逆回転する。クランクシャフト４６が逆回転することにより、燃焼サイクルが逆方向に進行して吸気弁が開く。このため、燃焼室に貯留している気体を機関吸気通路に逃すことができる。
次に、ステップ２６３において、通常の始動制御を行う。特定気筒の燃焼室の圧力が降下している状態から始動を行うことができるために、内燃機関を安定して始動することができる。
図２４を参照して、本実施の形態においては、第１気筒が特定気筒である。第１気筒においては、停止期間中に気体ばねから漏れた空気が燃焼室に貯留される。内燃機関の出力軸を逆回転することにより、燃焼サイクルは逆方向に進む。クランキングが困難な区間内で停止している第１気筒では、燃焼サイクルが逆方向に進むことにより吸気弁が開く。吸気弁が開くことにより、燃焼室に貯留されていた気体を機関吸気通路に逃すことができる。この結果、気体ばねの漏れにより特定気筒の燃焼室の圧力が高くなっている場合に、特定気筒の燃焼室の圧力を低下させることができる。燃焼室の圧力が低下した状態でクランキングを開始することができる。このために、安定して内燃機関を始動することができる。
図２７に、本実施の形態における第３の補正制御のタイムチャートを示す。時刻ｔ１において、内燃機関の始動要求を検出している。時刻ｔ１から時刻ｔ２まで、始動機を逆回転させている。始動機が逆回転することにより、内燃機関の出力軸も逆回転する。燃焼サイクルは逆方向に進む。時刻ｔ２から時刻ｔ３までは、通常の始動制御を行なっている。時刻ｔ３において、内燃機関の通常の始動制御を終了している。すなわち、クランキングを終了している。
図２４を参照して、内燃機関の出力軸を逆回転させる回転角度としては、内燃機関の停止時にクランキングが困難な区間内に停止している気筒において、吸気弁が開くまで逆回転させることができる回転角度が好ましい。たとえば、圧縮行程において吸気弁が閉じる時期からピストンが圧縮上死点に到達するまでの回転角度以上の角度で、逆回転させる制御を行なうことが好ましい。本実施の形態においては、予め定められた回転角度で内燃機関の出力軸を逆回転させているが、この形態に限られず、予め定められた時間の間、逆回転を行なっても構わない。または、クランク角度を検出し、特定気筒の吸気弁が開く回転角度を算出し、算出した回転角度に基づいて逆回転を行っても構わない。
本実施の形態の第３の補正制御においては、内燃機関を始動すべきときに、特定気筒があるか否かを検出せずに、内燃機関の出力軸を逆回転させているが、この形態に限られず、内燃機関を停止している期間中に特定気筒があるか否かを判別し、特定気筒がない場合には、第３の補正制御を行なわなくても構わない。
次に、本実施の形態における第４の補正制御について説明する。第４の補正制御においては、大きな第１の駆動力でクランキングを開始した後に、第１の駆動力よりも小さな第２の駆動力に切替えてクランキングを継続する制御を行う。
図２８に、本実施の形態における第４の補正制御を行う内燃機関の始動機の概略図を示す。第４の補正制御を行う内燃機関の始動機は、駆動力が可変に形成されている。始動機は、複数の始動モータ１１５ａ，１１５ｂを含む。リングギヤ１２０を回転させる第１回転装置は、始動モータ１１５ａ、マグネットスイッチ１１６ａ、レバー１１７ａ、およびピニオンギヤ１１８ａを含む。第１回転装置は、本実施の形態における第３の補正制御を行う内燃機関の始動機と同様である（図２５参照）。
第４の補正制御を行う内燃機関の始動機は、リングギヤ１２０を回転させる第２回転装置を含む。第２回転装置は、始動モータ１１５ｂ、マグネットスイッチ１１６ｂ、レバー１１７ｂ、ピニオンギヤ１１ｂを含む。本実施の形態における第２回転装置は、第１回転装置と同様の構成を有する。第２回転装置は、ピニオンギヤ１１８ｂが移動することにより、ピニオンギヤ１１８ｂがリングギヤ１２０と噛み合うように形成されている。
本実施の形態においては、第１回転装置および第２回転装置は、電子制御ユニット３１に制御されている。また、２つの始動モータ１１５ａ，１１５ｂは、互いに独立に制御されている。マグネットスイッチ１１６ａ，１１６ｂは、互いに独立に制御されている。
図２９に、本実施の形態における第４の補正制御のフローチャートを示す。
始めに、ステップ２７１においては、内燃機関が停止しているときに始動要求を検出する。
次に、ステップ２７２においては、内燃機関が停止している時のクランク角度を検出する。検出したクランク角度に基づいて、それぞれの気筒におけるピストンの位置を推定することができる。
次に、ステップ２７３において、特定気筒があるか否かを検出する。ステップ２７３において、特定気筒がある場合にはステップ２７４に移動する。
ステップ２７４においては、第１の駆動力にてクランキングを開始する。第１の駆動力にて、予め定められた回転角度の回転を行う。第１の駆動力は、内燃機関を始動すべきときに特定気筒がある場合にも内燃機関の出力軸を回転させることができる大きさを有する。図２８を参照して、マグネットスイッチ１１６ａ，１１６ｂを駆動することにより、２つのピニオンギヤ１１８ａ，１１８ｂをリングギヤ１２０に噛み合わせる。２つの始動モータ１１５ａ，１１５ｂを駆動する。２つの始動モータ１１５ａ，１１５ｂによりリングギヤ１２０を介してクランクシャフトに第１の駆動力を供給する。本実施の形態においては、２つの始動モータ１１５ａ，１１５ｂにて内燃機関の出力軸を回転することにより、特定気筒がある場合にもクランクシャフトを回転させて始動を行うことができる。
次に、ステップ２７５においては、予め定められた回転角度の回転を行った後に、第１の駆動力よりも小さな第２の駆動力に切替えてクランキングを継続する。図２８を参照して、本実施の形態においては、ピニオンギヤ１１８ｂをリングギヤ１２０から引き離す。始動モータ１１５ｂによる駆動力の供給を停止する。１つの始動モータ１１５ａによりリングギヤ１２０を回転させる制御を行う。第２の駆動力にてクランキングを行う通常の始動制御を行う。
ステップ２７３において、特定気筒がない場合には、ステップ２７６に移行する。ステップ２７６においては、１つの始動モータ１１５ａを用いる。第２の駆動力にてリングギヤ１２０の回転を開始させる制御を行う。ステップ２７５に移行して、第２の駆動力にてクランキングを継続する。すなわち、通常の始動制御を行う。
図３０に、本実施の形態の内燃機関の第４の補正制御のタイムチャートを示す。
時刻ｔ１において、内燃機関の始動要求を検出している。始動機による内燃機関の始動を開始している。本実施の形態においては、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間は、２つの始動モータ１１５ａ，１１５ｂによりクランクシャフト４６を回転させている。第１の駆動力によりクランキングを行なっている。時刻ｔ１から時刻ｔ２まで、予め定められた回転角度の回転を行っている。
時刻ｔ２において、クランクシャフト４６を回転させる駆動力を第１の駆動力から第２の駆動力に切替えている。時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間は、１つの始動モータ１１５ａにてクランクシャフト４６を回転させている。時刻ｔ３において内燃機関の始動が完了している。
本実施の形態の第４の補正制御においては、内燃機関を始動すべきときに、特定気筒がある場合には、第１の駆動力により始動を開始した後に、第１の駆動力よりも小さな駆動力により始動を継続している。この制御により、内燃機関が停止したときに特定気筒がある場合に、大きな駆動力で内燃機関の出力軸を回転させることができる。内燃機関の始動を安定して行なうことができる。また、始動機に供給する電力を抑制しながら内燃機関の始動を行なうことができる。
第１の駆動力にて始動を行なう回転角度としては、少なくとも特定気筒のピストンが圧縮上死点に到達するまでの回転角度であることが好ましい。例えば、ステップ２７４における予め定められた回転角度は、圧縮行程における吸気弁が閉じる時期からピストンが圧縮上死点に到達するまでの回転角度以上の角度を採用することができる。
内燃機関の始動を行なう場合に、始動機に電力を供給する蓄電池の負荷を小さくするために、始動機に供給する電力は小さい方が好ましい。第１の駆動力にて内燃機関の始動を行なう区間を短くすることにより、蓄電池の負荷を抑制することができる。
本実施の形態の第４の補正制御を行う内燃機関の始動機は、複数のモータを含むが、この形態に限られず、始動機は、特定気筒がある場合に内燃機関の出力軸を回転させることができ、さらに、駆動力を変化させることができれば構わない。例えば、大きな駆動力を発生する１つ始動モータを含み、モータに供給する電力を変更することにより、第１の駆動力および第１の駆動力よりも小さな第２の駆動力を発生させても構わない。
また、本実施の形態における第４の補正制御を行なう場合には、始動時に特定気筒における燃焼室の圧力が高くなるために、始動時に内燃機関が破損しないような十分な強度を有する構成部品により内燃機関が形成されていることが好ましい。
本実施の形態における第４の補正制御においては、特定気筒があるか否かの判別を行っているが、この形態に限られず、特定気筒があるか否かの判別を行わずに、内燃機関を始動する度に、上記の第１の駆動力にてクランキングを開始する制御を行っても構わない。
次に、本実施の形態における第５の補正制御について説明する。第５の補正制御を行う内燃機関は、可変圧縮機構を備え、圧縮比を変更可能に形成されている。内燃機関を始動すべきときに、圧縮比を低くする制御を行う。
図３１は、本実施の形態における第５の補正制御を行う内燃機関の圧縮比可変機構の分解斜視図である。図３２は、第５の補正制御を行う内燃機関の燃焼室の部分の第１の概略断面図である。
図３１および図３２を参照して、シリンダブロック２の両側の側壁の下方には複数個の突出部１３０が形成されている。突出部１３０には、断面形状が円形のカム挿入孔１３１が形成されている。クランクケース１２９の上壁には、複数個の突出部１３２が形成されている。突出部１３２には、断面形状が円形のカム挿入孔１３３が形成されている。クランクケース１２９の突出部１３２は、シリンダブロック２の突出部１３０同士の間に嵌合する。
本実施の形態における圧縮比可変機構は、一対のカムシャフト１３４，１３５を含む。それぞれのカムシャフト１３４，１３５には、カム挿入孔１３１内に回転可能に挿入される円形カム１３６が固定されている。これらの円形カム１３６は、カムシャフト１３４，１３５の回転軸と同軸状に形成されている。
一方で、図３２に示すように、円形カム１３６同士の間には、それぞれのカムシャフト１３４，１３５の回転軸に対して偏心して配置された偏心軸１３７が延びている。偏心軸１３７には、円形カム１３８が偏心して回転可能に取付けられている。円形カム１３８は、それぞれの円形カム１３６同士の間に配置されている。これら円形カム１３８は、対応するカム挿入孔１３３内にて回転可能に支持される。
圧縮比可変機構は、駆動モータ１３９を含む。駆動モータ１３９の回転軸１４０には、螺旋方向が互いに逆向きの２つのウォームギヤ１４１，１４２が取付けられている。それぞれのカムシャフト１３４，１３５の端部には、歯車１４３，１４４が固定されている。歯車１４３，１４４は、ウォームギヤ１４１，１４２と歯車１４３，１４４とが噛み合うように配置されている。駆動モータ１３９が回転軸１４０を回転させることにより、カムシャフト１３４，１３５を、互いに反対方向に回転させることができる。
図３２を参照して、それぞれのカムシャフト１３４，１３５上に固定された円形カム１３６を、矢印５７０に示すように互いに反対方向に回転させると、偏心軸１３７が下端に向けて移動する。円形カム１３８は、カム挿入孔１３３内において、矢印５７１に示すように円形カム１３６と反対方向に回転する。
図３３に、第５の補正制御を行う内燃機関の燃焼室の部分の第２の概略断面図を示す。図３３は、内燃機関が低圧縮比になったときの概略図である。図３３に示されるように偏心軸１３７が下端まで移動すると、円形カム１３８の中心軸が偏心軸１３７よりも下方に移動する。図３２および図３３を参照して、クランクケース１２９とシリンダブロック２との相対位置は、円形カム１３６の中心軸と円形カム１３８の中心軸との距離によって定まる。円形カム１３６の中心軸と円形カム１３８の中心軸との距離が大きくなるほど、矢印５７２に示すようにシリンダブロック２はクランクケース１２９から離れる。シリンダブロック２がクランクケース１２９から離れるほど、ピストン３が圧縮上死点に達したときの燃焼室５ａの容積が大きくなる。
本実施の形態における圧縮比可変機構は、圧縮行程において吸気弁を閉じる時期をほぼ一定にしている。このために、吸気弁が閉じたときのピストンの位置からピストンが圧縮上死点に到達するまでの燃焼室の容積、すなわち行程容積は、ほぼ一定である。
図３２では、ピストン３が圧縮上死点に到達しているときの燃焼室５ａの容積が小さくなっている。この状態では、実際の圧縮比が大きくなる。これに対して、図３３では、ピストン３が圧縮上死点に到達しているときの燃焼室５ａの容積が大きくなっている。この位置では、実際の圧縮比が小さくなる。このように圧縮比を変更することができる。
本実施の形態における圧縮比可変機構は、クランクケースに対してシリンダブロックを相対移動することにより圧縮比を変更しているが、この形態に限られず、燃焼室おいて燃料が燃焼するときの実際の圧縮比を変更できる任意の機構を採用することができる。
図３４に、本実施の形態における第５の補正制御のフローチャートを示す。
始めに、ステップ２８１においては、内燃機関が停止しているときに始動要求を検出する。
次に、ステップ２８２においては、圧縮比可変機構により低圧縮比に変更する。内燃機関を始動すべき時に燃焼室における圧縮比を低下させる制御を行う。図３１および図３３を参照して、本実施の形態においては、駆動モータ１３９を駆動することにより、カムシャフト１３４，１３５を回転させる。シリンダブロック２をクランクケース１２９から離す制御を行う。たとえば、図３３に示すように、ピストン３が圧縮上死点に到達したときの燃焼室５ａの容積が最も大きくなるように制御する。
次に、ステップ２８３において、クランキングを開始する。
次に、ステップ２８４において、クランキングを開始した後に１番目の気筒の圧縮行程が完了したか否かを検出する。ステップ２８４において、１番目の気筒の圧縮行程が完了していない場合には、ステップ２８４を繰り返す。
ステップ２８４において、１番目の気筒の圧縮行程が完了したら、ステップ２８５に移動して、通常の始動制御を行う。例えば、燃料が燃焼するときの実際の圧縮比を高圧縮比に切り替える制御を行う。
図３５に、本実施の形態における第５の補正制御のタイムチャートを示す。時刻ｔ１において、内燃機関の始動要求を検出している。時刻ｔ１において、内燃機関の圧縮比を低下させている。本実施の形態においては、クランクケース１２９からシリンダブロック２を遠ざける制御を行う。圧縮比可変機構により、燃焼室の圧縮比を低下させる。燃焼室の圧縮比が予め定められた低い値になったら、時刻ｔ２において始動機によりクランキングを開始している。
本実施の形態においては、クランク角度を検出し、１番目の気筒の圧縮行程が完了したときに燃焼室の圧縮比を戻している。時刻ｔ３において通常の始動制御に移行している。本実施の形態においては、時刻ｔ３において圧縮比を元に戻す制御を行なっている。さらに、クランキングを継続して、時刻ｔ４において内燃機関の始動が終了している。
本実施の形態の第５の補正制御においては、内燃機関を始動すべきときに、燃焼室の圧縮比を低下させている。また、内燃機関を始動すべきときに、燃焼室の圧力を低下させている。この制御を行うことにより、特定気筒があった場合に、始動時の圧縮行程において到達する燃焼室の最大圧力を抑制することができる。または、内燃機関を始動したときに、始めに圧縮行程になる気筒の燃焼室が到達する最大圧力を低く抑えることができる。第５の補正制御においても、内燃機関を安定して始動することができる。
本実施の形態の第５の補正制御においては、特定気筒を検出していないが、この形態に限られず、特定気筒を検出し、特定気筒のピストンが圧縮上死点に到達するまで低圧縮比を継続しても構わない。特定気筒において圧縮行程が完了したら通常の始動制御に切り替えることができる。または、特定気筒がない場合には、通常の始動制御を行っても構わない。
本実施の形態における内燃機関は、実施の形態１と同様に、気体ばねから燃焼室に向かって気体の漏れを検出する漏れ検出装置を備えることができる。漏れ検出装置により気体ばねから燃焼室への気体の漏れを検出し、制御補正装置により漏れに対応した上述の補正制御を行なうことができる。停止期間中に気体ばねの漏れを検出した場合には、本実施の形態における第１の補正制御から第５の補正制御のいずれかの制御を行なうことができる。
次に、本実施の形態における漏れ検出制御について説明する。本実施の形態における漏れ検出制御は、停止している期間における漏れ量を推定し、推定した漏れ量が予め定められた判定値よりも大きいか否かを判別する。
図３６は、本実施の形態における第１の漏れ検出制御のフローチャートである。第１の漏れ検出制御においては、停止期間中に密閉されている燃焼室の圧力に基づいて、停止期間中における気体ばねの漏れを検出する。
始めに、ステップ３０１においては、内燃機関の始動要求を検出する。
次に、ステップ３０２においては、気体ばねに空気を供給する。図２を参照して、気体供給装置を始動する。モータ７１を駆動して圧縮機７２にて加圧した空気を気体ばね５０ａ〜５０ｄに供給する。圧力調整弁８５を開くことにより、それぞれの気体ばね５０ａ〜５０ｄのガス室６１の圧力を、所望の圧力にすることができる。
次に、ステップ３０３において、複数の気筒のうち吸気弁および排気弁が閉止している気筒を検出する。検出する気筒は、圧縮行程の気筒のみではなく膨張行程の気筒であっても構わない。図５を参照して、膨張行程においても圧縮上死点から排気弁が開き始めるまでの区間においては、吸気弁および排気弁が閉じた状態になっている。このような燃焼室が密閉された状態の気筒ｋを検出する。クランク角度を検出することにより、燃焼室が密閉された状態の気筒ｋを検出することができる。
次に、ステップ３０４において、検出した気筒ｋの燃焼室の圧力ＰＣＣＸを検出する。図３を参照して、燃焼室５ａの圧力は、筒内圧センサ７５により検出することができる。
次に、ステップ３０５において、予め定められた時間の間待機する。気体ばね５０ａ〜５０ｄのガス室６１から燃焼室に漏れる気体の漏れ量に応じて、燃焼室の圧力が上昇する。本実施の形態の第１の漏れ検出制御においては、この圧力上昇量を検出する。
次に、ステップ３０６において、気筒ｋの燃焼室の圧力ＰＣＣＹを検出する。
次に、ステップ３０７においては、所定の時間待機したときの圧力上昇量（ＰＣＣＹ−ＰＣＣＸ）を算出し、この圧力上昇量が予め定められた判定値よりも大きいか否かを判別する。所定の時間における燃焼室の圧力上昇量が判定値よりも大きな場合は、気体ばね５０ａ〜５０ｄから燃焼室に空気が漏れていると判別することができる。
ステップ３０７において、圧力上昇量（ＰＣＣＹ−ＰＣＣＸ）が判定値よりも大きな場合には、ステップ３０８に移行する。ステップ３０８においては、漏れ判定フラグを１にする。ステップ３０７において、圧力上昇量（ＰＣＣＹ−ＰＣＣＸ）が判定値以下の場合にはステップ３０９に移行する。この場合には、気体ばねからの漏れ量が零か、または気体の漏れ量が許容範囲内と判別する。ステップ３０９においては、漏れ判定フラグを０にする。
このように、本実施の形態の第１の漏れ検出制御においては、内燃機関が停止している期間中において、気体ばねに空気を供給し、密閉されている燃焼室の圧力上昇量を検出することにより気体ばねの漏れの検出を行なうことができる。
図３７に、内燃機関の始動時に行う制御のフローチャートを示す。ステップ３１１においては、漏れ検出制御により定められた漏れ判定フラグが１か否かが判別される。漏れ判定フラグが１である場合には、ステップ３１２に移行する。ステップ３１２においては、補正制御を伴って始動する。すなわち、本実施の形態における第１の補正制御から第５の補正制御のうち、少なくとも１つの補正制御を伴って内燃機関を始動する。
ステップ３１１において、漏れ判定フラグが１でない場合、すなわち漏れ判定フラグが０である場合には、ステップ３１３に移行する。ステップ３１３においては、通常始動を行なう。
図３８に、本実施の形態における第２の漏れ検出制御のフローチャートを示す。第２の漏れ検出制御においては、気体供給装置により気体を供給したときのガス室の圧力変化に基づいて、気体ばねの漏れを検出する。
始めに、ステップ３２１においては、内燃機関の始動要求を検出する。
次に、ステップ３２２においては、気体ばねのガス室の圧力ＰＧＳＸを検出する。図２および図３を参照して、それぞれの気体ばね５０ａ〜５０ｄのガス室６１の圧力は、圧力センサ７４により検出することができる。内燃機関の停止期間中においては、副室用ピストン５５は、着底している状態である。すなわち、副室用ピストン５５は、係止部５２に接触している状態である。
次に、ステップ３２３においては、気体ばねへの空気の供給を開始する。気体供給装置を始動して、圧力調整弁８５を開いた状態にする。それぞれの気体ばね５０ａ〜５０ｄのガス室６１に気体を供給する。ガス室６１の内部の圧力が上昇する。
次に、ステップ３２４においては、所定の時間待機する。気体ばねのガス室６１の圧力が十分に上昇して略一定になるまで待機する。気体ばねに漏れが生じている場合には、気体ばねのガス室の圧力上昇量が大きくなる。
次に、ステップ３２５においては、それぞれの気体ばね５０ａのガス室６１の圧力ＰＧＳＹを検出する。
ステップ３２６においては、気体供給装置による気体の供給を開始する前に検出した気体ばねのガス室の圧力と、気体ばねに空気を供給した後の気体ばねのガス室の圧力との差を算出する。圧力上昇量（ＰＧＳＹ−ＰＧＳＸ）を算出し、圧力上昇量が判定値よりも大きいか否かを判別する。ステップ３２６において、圧力上昇量（ＰＧＳＹ−ＰＧＳＸ）が判定値よりも大きい場合には、ステップ３２７に移行する。この場合には、気体ばねから燃焼室に向かって空気が漏れていると判別する。ステップ３２７においては、漏れ判定フラグを１にする。
ステップ３２６において、圧力上昇量（ＰＧＳＹ−ＰＧＳＸ）が、判定値以下の場合はステップ３２８に移行する。この場合には、気体ばねからの空気の漏れ量が零か、または空気の漏れ量が許容範囲内と判別することができる。ステップ３２８においては、漏れ判定フラグを０にする。本実施の形態の第２の漏れ検出制御においても、気体ばねから空気が漏れているか否かを検出することができる。
本実施の形態における第１の漏れ検出制御および第２の漏れ検出制御において、内燃機関が複数の気筒を有する場合の圧力上昇量の算出においては、１つの気筒を選定しても複数の気筒を選定しても構わない。複数の気筒を選定した場合には、たとえば、複数の気筒の圧力上昇量の平均値を判定値と比較することができる。
図３９に、本実施の形態における第３の漏れ検出制御のフローチャートを示す。本実施の形態の第３の漏れ検出制御においては、内燃機関を始動すべき時に、それぞれの気体ばねに供給される全体の空気量を検出し、検出した全体の空気量に基づいて気体ばねの漏れの判定を行う。
始めに、ステップ３３０においては、内燃機関の始動要求を検出する。
次に、ステップ３３１においては、気体ばねのガス室の圧力ＰＧＳＸを検出する。
次に、ステップ３３２において、ガス室の圧力ＰＧＳＸが、制御圧力に対応した予め定められた圧力よりも小さいか否かを検出する。ガス室の圧力ＰＧＳＸが、制御圧力に対応した圧力よりも小さい場合には、ステップ３３３に移行する。
ステップ３３３においては、気体供給装置により気体ばねに空気を供給する。
次に、ステップ３３５において、気体ばねへの空気の供給を開始してから所定の時間が経過したか否かを検出する。ここでの所定の時間は、ガス室の圧力が所望の圧力に到達するために十分な時間を採用することができる。
ステップ３３５において、所定の時間が経過していない場合には、ステップ３３１に戻り、気体ばねに空気を供給する。このように、ガス室６１の圧力が制御圧力に対応した圧力になるまで空気の供給を継続する。ステップ３３２において、ガス室の圧力ＰＧＳＸが制御圧力に対応する圧力以上になったら、ステップ３３４に移行する。ステップ３３４においては、気体ばねのガス室を密閉する。図２および図３を参照して、本実施の形態においては、それぞれの気体ばね５０ａ〜５０ｄに接続される流路に配置されている圧力調整弁８５を閉止する。ステップ３３５において、所定の時間が経過した後にはステップ３３６に移行する。
ステップ３３６においては、ガス室５０ａ〜５０ｄに供給した空気の流量積算値を算出する。すなわち、ガス室５０ａ〜５０ｄに供給した全体の空気量を検出する。
図２を参照して、本実施の形態においては、それぞれの気体ばね５０ａ〜５０ｄに気体を供給する流路の途中に流量センサ７６が配置されている。電子制御ユニット３１には、流量センサ７６の出力信号が入力される。流量センサ７６により検出される流量を積算することにより、気体ばね５０ａ〜５０ｄに供給した空気の流量積算値を検出することができる。
次に、ステップ３３７においては、流量積算値が判定値よりも大きいか否かを判別する。すなわち、気体ばねに供給した全体の空気量が判定値よりも多いか否かを判別する。ステップ３３７において、流量積算値が判定値よりも大きい場合には、ステップ３３８に移行する。この場合には、気体ばねから空気が漏れていると判別することができる。ステップ３３８においては、漏れ判定フラグを１にする。
ステップ３３７において、流量積算値が判定値以下である場合にはステップ３３９に移行する。この場合には、空気の漏れ量が零か、または空気の漏れ量が許容範囲内であると判別することができる。ステップ３３９においては、漏れ判定フラグを０にする。
第２の漏れ検出制御または第３の漏れ検出制御を行なった後においては、本実施の形態における第１の漏れ検出制御と同様に、補正制御を行なうか否かの制御を行なうことができる（図３７参照）。
本実施の形態においては、内燃機関の始動要求があった後に、漏れ検出制御を行なっているが、この形態に限られず、停止期間中の任意の時期に漏れ検出制御を行なうことができる。
ところで、本実施の形態における第１の漏れ検出制御においては、燃焼室の圧力上昇量を算出している。第２の漏れ検出制御においては、気体ばねのガス室の圧力上昇量を算出している。第３の漏れ検出制御においては、気体ばねに供給した全体の空気量を検出している。それぞれの圧力上昇量および空気量は、気体ばねの気体の漏れ量に換算することができる。すなわち、それぞれの圧力上昇量および供給した空気量は、気体ばねの空気の漏れ量に相当する。このため、本実施の形態における第１の漏れ検出制御から第３の漏れ検出制御は、換言すれば、気体ばねの気体の漏れ量を算出している。本実施の形態における漏れ検出制御では、停止期間中における気体ばねの空気の漏れ量を検出し、空気の漏れ量が予め定められた判定値よりも大きい場合には、補正制御を行っている。
更に、気体ばねから漏れた空気量は、圧力や流量等に基づいて推定する他に、内燃機関の停止時間に基づいて推定することができる。
次に、本実施の形態の内燃機関の停止時間に基づいて、気体ばねの空気の漏れ量を推定する制御について説明する。気体ばねから漏れた空気量は時間とともに変化する。このために、空気の漏れ量は、内燃機関の停止時間に基づいて推定することができる。
図４０に、本実施の形態における内燃機関の停止時間と、空気の漏れ量との関係を説明するグラフを示す。横軸は、内燃機関が停止してからの経過時間であり、縦軸は漏れた空気の重量である。気体ばねから漏れた空気の重量は、密閉している燃焼室の圧力上昇量に対応する。
気体ばねから燃焼室に漏れた空気の重量（漏れ空気重量）は、停止した直後において急激に上昇し、その後に緩やかに上昇を続ける。漏れ空気重量は、最終的には、ほぼ一定の値に収束することが分かる。このように漏れ空気重量は、時間に対して非線形に上昇する。最終的に、ほぼ一定の値に収束するまでの時間は、気体ばねの密封構造等に依存する。例えば、内燃機関が停止してからの経過時間と漏れ空気重量との関係を、電子制御ユニットに記憶させておくことができる。内燃機関が停止したときからの経過時間を検出することにより、漏れ空気重量を推定することができる。
図４１に、本実施の形態における第４の漏れ検出制御のフローチャートを示す。
ステップ３１５においては、内燃機関が停止してからの経過時間に基づいて、停止期間中の空気の漏れ量を推定する。本実施の形態においては、漏れ空気重量を推定する。
次に、ステップ３１６において、推定した漏れ空気重量が判定値よりも大きいか否かを判別する。漏れ空気重量が判定値よりも大きければ、ステップ３１７に移行する。ステップ３１７においては、漏れ判定フラグを１にする。
ステップ３１６において、漏れ空気重量が判定値以下である場合には、ステップ３１８に移行する。ステップ３１８においては、漏れ判定フラグを０にする。第４の漏れ検出制御を行なった後においては、本実施の形態における第１の漏れ検出制御と同様に、補正制御を行なうか否かの制御を行なうことができる（図３７参照）。
なお、本実施の形態においては、空気量として空気重量を例示しているが、この形態に限られず、空気量を示す任意の変数を採用することができる。たとえば、漏れた空気の体積や圧力を採用しても構わない。
ところで、空気の漏れ量は、内燃機関が停止してからの経過時間のみではなく他の変数の影響を受ける。空気の漏れ量を推定する制御では、空気の漏れ量に影響を与える変数を考慮することができる。
図４２は、内燃機関が停止したときのピストンの停止位置が、燃焼室の圧力に与える影響を説明するグラフである。縦軸は、燃焼室の圧力である。圧縮行程において吸気弁および排気弁が閉止した状態で、ピストンの停止位置が互いに異なる３つのグラフを示している。吸気弁が閉止したときのそれぞれの気筒の燃焼室の圧力は同一である。
燃焼室の圧力の変化は、漏れ空気重量に対応する。すなわち、燃焼室の圧力の上昇は、漏れ空気重量が多くなったことを示している。内燃機関が停止したときのピストンの停止位置が圧縮上死点に近いほど、燃焼室の圧力上昇が速いことが分かる。すなわち、漏れ空気重量の上昇速度が大きいことが分かる。また、十分に時間が経過した後には、ピストンの停止位置に関係なく、ほぼ一定の漏れ空気重量になることが分かる。このように、空気の漏れ量は、内燃機関が停止したときのピストンの停止位置に依存する。
図４３は、燃焼室の壁面の温度が、燃焼室の圧力に与える影響を説明するグラフである。燃焼室の壁面が低温の場合、燃焼室の壁面の温度が中程度の場合、燃焼室の壁面が高温の場合のグラフが示されている。壁面が低温の場合とは、内燃機関を冷間始動した後に短時間で停止した場合が例示される。また、内燃機関を停止したときに、燃焼室内の気体の温度と燃焼室の壁面の温度とがほぼ同じ場合が例示される。壁面の温度が中程度の場合とは、内燃機関を停止したときに、燃焼室内の気体の温度よりも燃焼室の壁面の温度が高い場合が例示される。更に、壁面が高温とは、燃焼室内の気体の温度よりも燃焼室の壁面の温度が非常に高い場合が例示される。
内燃機関を停止した直後においては、燃焼室の壁面の温度に関係なく、燃焼室の圧力の上昇速度がほぼ一定であることが分かる。また、所定の時間の経過後には、燃焼室の壁面の温度が高いほど、燃焼室の圧力の上昇速度が速くなることが分かる。このように、漏れ空気重量は、燃焼室の壁面の温度に依存する。
図４４は、内燃機関が停止したときの初期の燃焼室の圧力が、停止期間中の燃焼室の圧力に与える影響を説明するグラフである。ピストンが一定の位置で停止した時の初期の燃焼室の圧力が互いに異なる３つのグラフが示されている。内燃機関が停止したときの初期の燃焼室の圧力が高いほど、燃焼室の圧力の上昇速度が大きいことが分かる。また、内燃機関が停止したときの初期の燃焼室の圧力が高いほど、短時間で燃焼室の圧力の上限値に到達することが分かる。このように、漏れ空気重量は、内燃機関が停止したときの初期の燃焼室の圧力に依存する。
図４５は、内燃機関が停止したときの気体ばねのガス室の圧力が、燃焼室の圧力に与える影響を説明するグラフである。燃焼室の圧力が一定である場合に、気体ばねのガス室の圧力が互いに異なる３つのグラフが示されている。気体ばねのガス室の圧力が高いほど、燃焼室の圧力の上昇速度が大きいことが分かる。すなわち、気体ばねの圧力と燃焼室の圧力との差圧が大きいほど、漏れ空気重量の上昇速度が大きいことが分かる。
図４６は、気体ばねのガス室を封止するピストンリングの劣化が燃焼室の圧力に与える影響を説明するグラフである。ピストンリングの劣化量が互いに異なる３つのグラフが示されている。ピストンリングの劣化が大きいほど、燃焼室の圧力の上昇速度が大きいことが分かる。ピストンリングの劣化が大きいほど、漏れ空気重量の上昇速度が速いことが分かる。
ピストンリングの劣化量は、たとえば、新品のときの予め定められた条件における空気の漏れ量を記憶しておいて、使用期間中に劣化したときの同じ条件における空気の漏れ量を検出する。新品のときの空気の漏れ量と劣化したときの空気の漏れ量を比較することにより、ピストンリングの劣化量を推定することができる。空気の漏れ量が大きいほどピストンリングの劣化量が大きいと判別することができる。空気の漏れ量は、本発明における漏れ検出制御を行うときに推定することができる。たとえば、本実施の形態における第１の漏れ検出制御を用いて空気の漏れ量を推定することができる。図３６を参照して、ステップ３０７における燃焼室の圧力上昇値から、空気の漏れ量の推定を行なうことができる。
このように、漏れ空気重量は、内燃機関が停止してからの経過時間に加えて、ピストンの停止位置、燃焼室の壁面の温度、停止した初期の燃焼室の圧力、気体ばねのガス室の圧力、およびピストンリングの劣化等の様々な変数の影響を受ける。
漏れ空気重量は、内燃機関が停止してからの経過時間に加えて、これらの変数のうち任意の変数を用いて推定することができる。例えば、ピストンの停止位置を考慮する場合には、内燃機関が停止してからの経過時間と、ピストンの停止位置とを関数にする漏れ空気重量のマップを、電子制御ユニットに記憶させておくことができる。内燃機関が停止してからの経過時間とピストンの停止位置とを検出し、漏れ空気重量のマップを用いて気体ばねから漏れた空気量を推定することができる。
または、任意の変数を関数にする漏れ空気重量を推定した後にさらに他の変数を関数にする補正係数を乗じて漏れ空気重量を補正しても構わない。例えば、始めに内燃機関が停止してからの経過時間とピストンの停止位置とに基づいて漏れ空気重量を推定する。推定した漏れ空気重量に対して、燃焼室の壁面の温度を関数にする補正係数を乗じることにより、漏れ空気重量を修正することができる。
このように、本実施の形態においては、停止してからの経過時間に基づいて、空気の漏れ量を推定することができる。この制御により、停止してからの経過時間の依存性を考慮して空気の漏れ量を推定することができる。更に、停止したときの内燃機関の状態に基づいて空気の漏れ量を推定することにより、より正確に空気の漏れ量を推定することができる。
本実施の形態における第４の漏れ検出制御においては、内燃機関が停止してからの経過時間および空気の漏れ量に影響を与える変数を考慮して、気体ばねからの漏れ量を推定したが、この形態に限られず、本発明における漏れ検出制御において、気体ばねからの気体の漏れが生じているか否かの判別を行うときの判定値を、上記の停止してからの経過時間および空気の漏れ量に影響を与える変数に基づいて変更することができる。
たとえば、図３６を参照して、本実施の形態の第１の漏れ検出制御においては、燃焼室の圧力上昇量と判定値とを比較することにより、漏れが生じているか否かを判別している。ステップ３０７において、燃焼室の圧力上昇量（ＰＣＣＹ−ＰＣＣＸ）と判定値とを比較している。このときの判定値を、内燃機関が停止してからの経過時間および空気の漏れ量に影響を与える変数に基づいて変更することができる。たとえば、内燃機関が停止してからの経過時間が非常に短い場合には、判定値を小さくする制御を行うことができる。この制御により、気体ばねから空気が漏れているか否かをより正確に判別することができる。
本実施の形態においては、停止期間中に気体ばねの漏れを検出しているが、この形態に限られず、運転期間中に気体ばねの漏れを検出しても構わない。たとえば、実施の形態１における運転期間中の漏れ検出制御を行って漏れの判別の結果を保存しておいても構わない。
次に、内燃機関の始動時に、本実施の形態における第１の補正制御から第５の補正制御を禁止する制御について説明する。本実施の形態の補正禁止制御においても、実施の形態１における第１の補正禁止制御（図１２参照）、第２の補正禁止制御（図１５参照）および第３の補正禁止制御（図１６参照）を採用することができる。たとえば、実施の形態１における第１の補正禁止制御と同様に、内燃機関を一時的に停止させる停止装置を備え、停止装置による一時的な停止の場合には、補正制御禁止フラグを１にすることができる。
図４７に、本実施の形態における補正制御の実施を判別する制御のフローチャートを示す。ステップ３４１においては、補正制御禁止フラグが１か否かを検出する。補正制御禁止フラグが１の場合には、ステップ３４２に移行する。ステップ３４２においては、補正制御を行わないで通常の始動制御で内燃機関を始動する。
ステップ３４１において、補正制御禁止フラグが１でない場合、すなわち補正制御禁止フラグが０である場合には、ステップ３４３に移行する。ステップ３４３においては、補正制御を伴って始動する。このように実施の形態１と同様に、補正制御禁止フラグに基づいて補正制御を禁止する制御を行うことができる。
図４８に、本実施の形態における第１の補正禁止制御のフローチャートを示す。第１の補正禁止制御を行う内燃機関は、車両に配置されている。内燃機関は、使用者が内燃機関の始動および停止を切替えるための切替え装置を備える。本実施の形態における切替え装置は、イグニッションスイッチを含む。本実施の形態における内燃機関は、燃焼室における燃焼を停止した場合に、予め定められた時間内に燃焼室における燃焼を開始するか否かを予測する再始動予測装置を備える。
本実施の形態における第１の補正禁止制御においては、使用者がイグニッションスイッチを停止位置にした後に、短時間の間にシートベルトが外されない場合には、予め定められた時間内に燃焼室における燃焼を開始すると予測する。
始めに、ステップ３５１においては、イグニッションスイッチが停止位置になったことを検出する。ステップ３５２においては、燃焼室における燃焼を停止する。
次に、ステップ３５３においては、イグニッションスイッチを停止位置にしてから所定の時間が経過したか否かを判別する。ステップ３５３における所定の時間としては、たとえば使用者が内燃機関を長時間停止する場合に、イグニッションスイッチを停止位置にしてから座席から離れるまでの平均的な時間を採用することができる。
ステップ３５３において、イグニッションスイッチが停止位置になってから予め定められた時間が経過していないときには、ステップ３５４に移行する。
ステップ３５４においては、使用者がシートベルトをはずしたか否かが検出される。ステップ３５４にて、シートベルトが外されていない場合にはステップ３５３に戻る。
このように、ステップ３５３およびステップ３５４を繰り返す。ステップ３５３において、イグニッションスイッチを停止位置にしてから所定の時間が経過した場合には、ステップ３５５に移行する。この場合には、使用者は座席に座った状態を維持しているために、短時間の間に燃焼室における燃焼を開始すると予測できる。ステップ３５５においては、補正制御禁止フラグを１にする。すなわち、補正制御を禁止する。
ステップ３５４において、シートベルトが外されている場合には、ステップ３５６に移行する。この場合には、短時間の間にシートベルトが外されているために、使用者が車両から長時間離れると予測することができる。すなわち内燃機関を長時間停止させると予測することができる。ステップ３５６においては、補正制御禁止フラグを０にする。すなわち、補正制御を許可する。
図４９に、本実施の形態における第２の補正禁止制御のフローチャートを示す。
ステップ３６１からステップ３６３までは、本実施の形態における第１の補正禁止制御のステップ３５１からステップ３５３と同様である（図４８参照）。ステップ３６３において、イグニッションスイッチを停止位置にしてから所定の時間が経過していない場合には、ステップ３６４に移行する。
ステップ３６４においては、車両のドアが開いたか否かを判別する。ステップ３６４において、ドアが開いた場合には、ステップ３６５に移行する。この場合には、使用者が車両から離れると予測することができる。また、内燃機関を長時間停止することが予測される。ステップ３６５において、補正制御禁止フラグを０にする。
ステップ３６４において、車両のドアが開いていない場合には、ステップ３６３に戻る。ステップ３６３において、イグニッションスイッチが停止位置になってから、所定の時間が経過したらステップ３６６に移行する。この場合には、所定の時間の間ドアが閉じられたままであるために、短時間で燃焼室における燃焼を開始すると予測することができる。ステップ３６６においては、補正制御禁止フラグを１にする。
このように、本実施の形態における第１の補正禁止制御および第２の補正禁止制御は、予め定められた時間内に燃焼室における燃焼を開始するか否かを予測して、予め定められた時間内に燃焼室における燃焼を開始すると予測した場合には、補正制御を禁止している。この制御により、補正制御を行う回数を削減することができる。
本実施の形態の第１の補正禁止制御または第２の補正禁止制御を行った後には、図４７に示す始動時の制御を行うことができる。さらに、図３７に示す始動時の制御と組み合わせて行うことができる。
その他の構成、作用および効果については、実施の形態１と同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。
実施の形態３
図５０から図５３を参照して、実施の形態３における内燃機関について説明する。本実施の形態の内燃機関においては、気体ばねから燃焼室への空気の漏れ量を推定する。推定した空気の漏れ量に基づいて、燃焼室における燃焼時の空燃比を調整する。本発明においては、燃焼室において燃料が燃焼するときの空燃比を燃焼空燃比という。
図５０に、本実施の形態における内燃機関の燃焼室の部分の概略断面図を示す。本実施の形態における内燃機関は、燃焼室５ａに直接的に燃料を噴射するように形成されている。燃料噴射弁１１は、燃焼室５ａの内部に燃料を噴射するように配置されている。その他の構成については、実施の形態１における内燃機関と同様である（図１〜図３参照）。
本実施の形態における内燃機関は、燃焼室５ａにおける燃焼空燃比を調整する空燃比調整装置を備える。本実施の形態における空燃比調整装置は、電子制御ユニット３１を含み、燃焼室５ａの空気量に基づいて燃焼室５ａへの燃料の噴射量を調整する。
図５１に、本実施の形態における第１の空燃比制御のフローチャートを示す。本実施の形態における第１の空燃比制御は、内燃機関を始動すべき時に行なう。気体ばねの空気の漏れ量を検出し、漏れ量に応じて燃料の噴射量を調整する。また、内燃機関を始動すべきときに特定気筒に対して燃料の噴射量を調整する。本実施の形態の第１の空燃比制御は、内燃機関の始動を開始したときに第１回目の燃焼サイクルの期間に行なうことができる。
始めに、ステップ４０１において、内燃機関の始動要求を検出する。
次に、ステップ４０２において、内燃機関が停止しているときのクランク角度ＣＡを検出する。
次に、ステップ４０３において、最初に燃料の燃焼を行なう気筒を検出する。
次に、ステップ４０４において、最初に燃料の燃焼を行なう気筒が、特定気筒であるか否かを判別する。すなわち、最初に燃焼を行なう気筒が、圧縮行程であり、吸気弁が閉じているか否かを判別する。ステップ４０４において、最初に燃料の燃焼を行なう気筒が特定気筒である場合には、ステップ４０５に移行する。
ステップ４０５においては、特定気筒における空気の漏れ量としての漏れ空気重量ＧＬＥＡＫを推定する。すなわち、内燃機関の停止期間中に気体ばねから燃焼室に流入した空気量を推定する。停止期間中の漏れ空気重量は、例えば、実施の形態２における漏れ検出制御により推定することができる。図３８を参照して、例えば、実施の形態２における第２の漏れ検出制御において、気体ばねの圧力上昇量（ＰＧＳＹ−ＰＧＳＸ）等から漏れ空気重量を推定することができる。
次に、ステップ４０６において、漏れ空気重量ＧＬＥＡＫに対応する燃料の噴射量ＱＬＥＡＫを算出する。漏れ空気重量ＧＬＥＡＫおよび予め定められた燃焼空燃比に基づいて、漏れ空気重量ＧＬＥＡＫに対応する燃料の噴射量ＱＬＥＡＫを算出する。
次に、ステップ４０８において、検出したクランク角度ＣＡにおける特定気筒の燃焼室の容積ＶＯＬを推定する。燃焼室の容積の推定においては、例えば、クランク角度を関数にする燃焼室の容積の値を、予め電子制御ユニットに記憶させておく。クランク角度を検出することにより、燃焼室の容積ＶＯＬを推定することができる。
次に、ステップ４０９において、燃焼室の容積ＶＯＬから空気重量Ｇを算出する。燃焼室の容積ＶＯＬを換算することにより空気重量Ｇを算出する。空気重量Ｇは、機関吸気通路を通って燃焼室に流入した空気の重量である。
次に、ステップ４１０において、空気重量Ｇに対応する燃料の噴射量Ｑを算出する。空気重量Ｇおよび予め定められた燃焼空燃比に基づいて、空気重量Ｇに対応する燃料の噴射量Ｑを算出する。
次に、ステップ４１１においては、ステップ４０６において算出した燃料の噴射量ＱＬＥＡＫと、ステップ４１０において算出した燃料の噴射量Ｑから、全体の燃料の噴射量（Ｑ＋ＱＬＥＡＫ）を算出する。全体の燃料の噴射量（Ｑ＋ＱＬＥＡＫ）にて、特定気筒に燃料を噴射する。
特定気筒において、気体ばねから燃焼室に空気が漏れると、通常の制御により推定される空気量よりも実際に燃焼室に充填されている空気量が多くなり、燃焼空燃比がリーン側にずれてしまう。本実施の形態における第１の空燃比制御においては、内燃機関を始動すべき時に、特定気筒に貯留している全体の空気量に対応した燃料の噴射量を定めることができる。気体ばねから燃焼室に漏れる空気に起因して燃焼空燃比がずれることを抑制できる。
ステップ４０４において、最初に燃料の燃焼を行なう気筒が特定気筒でない場合には、ステップ４０７に移行する。
ステップ４０７においては、漏れ空気重量ＧＬＥＡＫを０にする。内燃機関の停止期間中に圧縮行程の気筒である場合にも、特定気筒でない場合には吸気弁が開いている。このため、気体ばねから漏れる空気を機関吸気通路に逃すことができる。この場合には、ステップ４０６以降において、漏れ空気重量ＧＬＥＡＫに対する燃料の噴射量ＱＬＥＡＫが０になる。すなわち、通常の燃料の噴射量Ｑにて燃料の噴射を行なうことができる。
本実施の形態における第１の空燃比制御においては、燃焼を開始するときの特定気筒における燃焼空燃比を調整している。この制御により、始動時における特定気筒の燃焼を安定して行なうことができて安定した始動を行うことができる。
本実施の形態においては、気体の漏れ量に対応する燃料噴射量と、内燃機関が停止した時に特定気筒内に貯留していた空気量に対応する燃料噴射量とを個別に算出している。全体の燃料の噴射量の算出においては、内燃機関を停止した時に特定気筒内に貯留していた空気量および停止期間中に気体ばねから燃焼室に漏れた空気量から内燃機関を始動すべきときに特定気筒に貯留されている全体の空気量を算出することができる。この全体の空気量と燃焼空燃比に基づいて、全体の燃料の噴射量を算出しても構わない。
図５２に、本実施の形態における第２の空燃比制御のフローチャートを示す。第２の空燃比制御においては、運転期間中に燃焼空燃比の制御を行う。図５２に示す第２の空燃比制御は、例えば数ｍｓ程度の短時間ごとに繰り返し行なうことができる。本実施の形態の第２の空燃比制御においては、１回の燃焼サイクルごとに漏れ空気重量を検出する。
はじめに、ステップ４２１において、所定の気筒ｍが、燃料の噴射開始時期か否かを判別する。ステップ４２１において、所定の気筒ｍが、燃料の噴射開始時期でない場合には、ステップ４２２に移行する。
ステップ４２２においては、第２の空燃比制御を繰り返す時間Ｘｍｓの間における漏れ空気重量ＧＬＥＡＫを推定する。運転期間中における空気の漏れ量の検出は、たとえば、時間Ｘｍｓの間における気体ばねの気体の圧力低下量を検出することにより推定することができる。
次に、ステップ４２３においては、積算漏れ空気重量ＧＬＥＡＫＴとして、前回の計算において算出した漏れ空気重量ＧＬＥＡＫＴに、今回の計算において算出した漏れ空気重量ＧＬＥＡＫを加算する。ステップ４２３が終わったら、この制御を終了し、予め定められた繰り返し時間Ｘｍｓに基づいて、再びステップ４２１から制御を繰り返す。
ステップ４２１において、所定の気筒ｍが燃料の噴射開始時期である場合には、ステップ４２４に移行する。ステップ４２４においては、機関吸気通路から燃焼室に流入する空気重量Ｇを検出する。燃焼室に流入する空気重量Ｇは、例えば、機関吸気通路に配置されているエアフローメータ１６の出力により推定することができる（図１参照）。
次に、ステップ４２５において、検出した空気重量Ｇに対応する燃料の噴射量Ｑを算出する。検出した空気重量Ｇおよび予め定められた燃焼空燃比に基づいて、燃料の噴射量Ｑを算出する。
次に、ステップ４２６において、ステップ４２３にて算出した積算漏れ空気重量ＧＬＥＡＫＴに対応する燃料の噴射量ＱＬＥＡＫを算出する。積算漏れ空気重量および予め定められた燃焼空燃比に基づいて、燃料の噴射量ＱＬＥＡＫを算出する。
次に、ステップ４２７においては、ステップ４２５にて算出した燃料の噴射量Ｑと、ステップ４２６において算出した燃料の噴射量ＱＬＥＡＫとを加算して、全体の燃料の噴射量（Ｑ＋ＱＬＥＡＫ）を算出する。この全体の燃料の噴射量にて燃料の噴射を行なう。この後に燃焼室にて燃料の燃焼を行なう。
次に、ステップ４２８においては、積算漏れ空気重量ＧＬＥＡＫＴを０にする。すなわち、積算漏れ空気重量をリセットする。
本実施の形態における第２の空燃比制御を行なうことにより、通常の空燃比の制御に加えて、気体ばねから燃焼室に漏れる空気に関する補正を行なうことができて、燃焼空燃比を、より正確に目標空燃比に近づけることができる。内燃機関の安定した運転を行なうことができる。または、排気ガスの性状が悪化することを抑制できる。このように、運転期間中においても、漏れ空気重量を推定することにより燃焼空燃比の補正を行なうことができる。
第２の空燃比制御においても第１の空燃比制御と同様に、積算漏れ空気重量と今回の機関吸気通路から燃焼室に流入する空気重量を加算して全体の空気重量を算出し、その後に全体の空気重量および燃焼空燃比に基づいて全体の燃料の噴射量を算出しても構わない。
また、漏れ空気重量の算出においては、１回の燃焼サイクルの期間中に算出する制御に限られず、任意の制御により１回の燃焼サイクルの期間中の空気の漏れ量を推定することができる。たとえば、複数回の燃焼サイクルにおける漏れ空気重量を推定し、推定した漏れ空気重量から１回の燃焼サイクルにおける空気の漏れ量を推定しても構わない。
ところで、本実施の形態における第１の空燃比制御および第２の空燃比制御は、内燃機関の始動を行なっている期間中、すなわちクランキングの期間中に実施することができる。クランキングを開始した時に第１の空燃比制御を行なって、その後に第２の空燃比制御を行なうことができる。
図５３に、内燃機関の始動を行なっている時の燃焼空燃比と、始動時間との関係を説明するグラフを示す。横軸が燃焼空燃比であり、縦軸がクランキングに必要な時間である。目標空燃比ＡＦｔａｒは、予め定められている。燃焼空燃比が目標空燃比ＡＦｔａｒから離れるほど、始動時間が長くなることが分かる。すなわち始動しにくくなることが分かる。
本実施の形態における第１の空燃比制御および第２の空燃比制御においては、燃焼空燃比を目標空燃比ＡＦｔａｒに近づけることができて、短時間で内燃機関の始動を行なうことができる。または、安定した内燃機関の始動を行なうことができる。さらに、燃焼空燃比が目標空燃比に近づくために、排気ガスの性状の悪化を抑制することができる。
その他の構成、作用および効果については、実施の形態１または２と同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。
上記の実施の形態は、適宜組み合わせることができる。また、上記の実施の形態において例示した制御においては、適宜順序を入れ替えることができる。
上述のそれぞれの図において、同一または相当する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、請求の範囲に含まれる変更が含まれている。
【符号の説明】
【０００９】
３  ピストン
４  シリンダヘッド
５ａ〜５ｄ  燃焼室
６  吸気弁
８  排気弁
１０  点火プラグ
１１  燃料噴射弁
１６  エアフローメータ
３１  電子制御ユニット
４２  クランク角センサ
４３  圧力センサ
５０ａ〜５０ｄ  気体ばね
５５  副室用ピストン
６０  副室
６１  ガス室
６３  ピストン
６６  ガス室
７２  圧縮機
７４  圧力センサ
７５  筒内圧センサ
７６  流量センサ
８４  空気排出弁
８５  圧力調整弁
９３，９４  可変バルブタイミング装置
１００  電磁駆動装置
１１５ａ，１１５ｂ  始動モータ
１２９  クランクケース
１３６  円形カム
１３７  偏心軸
１３８  円形カム
１３９  駆動モータ
１４６  イグニッションスイッチ
１４７  車線維持支援装置
１４８  車両用ナビゲーション装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【国際調査報告】
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